CN114621463A - 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114621463A
CN114621463A CN202210305346.7A CN202210305346A CN114621463A CN 114621463 A CN114621463 A CN 114621463A CN 202210305346 A CN202210305346 A CN 202210305346A CN 114621463 A CN114621463 A CN 114621463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite gel
polyurethane
preparation
polypyrrole
compressive sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210305346.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114621463B (zh
Inventor
屠力
刘玉兰
李亮
季家友
喻湘华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Technology
Original Assignee
Wuhan Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Technology filed Critical Wuhan Institute of Technology
Priority to CN202210305346.7A priority Critical patent/CN114621463B/zh
Publication of CN114621463A publication Critical patent/CN114621463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114621463B publication Critical patent/CN114621463B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/0605—Polycondensates containing five-membered rings, not condensed with other rings, with nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C08G73/0611—Polycondensates containing five-membered rings, not condensed with other rings, with nitrogen atoms as the only ring hetero atoms with only one nitrogen atom in the ring, e.g. polypyrroles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2379/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2361/00 - C08J2377/00
    • C08J2379/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2475/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2475/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2479/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2461/00 - C08J2477/00
    • C08J2479/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/41—Compounds containing sulfur bound to oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/41—Compounds containing sulfur bound to oxygen
    • C08K5/42—Sulfonic acids; Derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)将水性聚氨酯、表面活性剂助剂和吡咯单体在室温下搅拌，混合均匀，得到混合液；2)将氧化剂加入步骤1)得到的混合液中，搅拌均匀后，静置反应，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。该方法中吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中一锅法进行，不需要预先制备高分子凝胶，制备过程简单，反应条件温和，无需额外添加溶剂，绿色环保，成本低，易于工业化生产；所得复合凝胶具有可压缩性与导电性，而且复合凝胶的导电能力随着复合凝胶受力不同而发生改变，在柔性传感领域有广阔的应用前景。

Description

一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备 方法
技术领域
本发明属于聚合物复合凝胶领域，具体涉及一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。
背景技术
近年来具有三维网络结构的导电水凝胶作为一种新型水凝胶倍受重视，导电水凝胶通常由导电高分子材料与水凝胶基体两部分构成，在导电水凝胶的各自组份保留了各自的独特性能。但是目前大多数导电水凝胶的力学强度较差，导电性较低，难以满足实际应用的要求。聚吡咯作为一种导电高分子材料备受大家的关注，具有可逆氧化还原性，可控掺杂脱掺杂，导电性良好、易于合成等优点，在众多领域已经得到应用，如能源材料、气敏电极、电致变色、生物医学传感器等。但是由于聚吡咯高分子的主链是刚性的，链与链之间相互作用较强，因而得到的聚吡咯通常是粉末或二维结构，聚吡咯不溶不熔，难以加工，很难成为三维结构，很大程度上限制了聚吡咯的进一步应用。因此，如果将导电聚吡咯制成导电水凝胶，既可以解决聚吡咯的加工性问題，又可以兼具水凝胶良好的机械性能与溶胀性能，由此提高聚吡咯的物理化学性能。
聚吡咯高分子复合凝胶既具有聚吡咯的导电性，又具有高分子材料材料的力学性能。主要制备方法是将吡咯单体或氧化剂渗透到预先得到的高分子凝胶内部，再在高分子凝胶内部的吡咯的氧化聚合得到聚吡咯高分子复合凝胶。中国发明专利CN108587023A公开了一种聚吡咯导电水凝胶的制备方法，先将高分子凝胶置于引发剂溶液中，引发剂进入水凝胶的孔隙，再将浸泡过引发剂的水凝胶置于吡咯的有机溶液中，进行界面聚合得到聚吡咯导电水凝胶。但此方法中合成的聚吡咯大部分分布在凝胶表明，难以进入凝胶内部。中国发明专利CN109912816A公开了一种聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶的制备方法，采用具有毒性的氮丙啶交联剂作为凝胶的交联试剂，先将吡咯单体、水性聚氨酯与氮丙啶交联剂混合后升温，制备含有吡咯单体的聚氨酯水凝胶，再将它浸泡在三氯化铁溶液中反应，得到聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶；但是需要利用有一定毒性的交联剂先制备聚氨酯水凝胶，然后再得到聚吡咯/聚氨酯复合水凝胶，工艺更复杂，且不绿色环保。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。该方法中吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中一锅法进行，不需要预先制备高分子凝胶，制备过程简单，反应条件温和，无需额外添加溶剂，绿色环保，成本低，易于工业化生产；所得复合凝胶具有可压缩性与导电性，而且复合凝胶的导电能力随着复合凝胶受力不同而发生改变，在柔性传感领域有广阔的应用前景。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将水性聚氨酯、表面活性剂助剂和吡咯单体在室温下搅拌，混合均匀，得到混合液；
2)将氧化剂加入步骤1)得到的混合液中，搅拌均匀后，静置反应，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
按上述方案，所述步骤1)中，搅拌时间为1-2h。
按上述方案，所述步骤1)中，表面活性剂助剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
按上述方案，按质量份数计，水性聚氨酯1-5份，表面活性剂助剂1-5份，吡咯单体1-5份，氧化剂1-5份。
按上述方案，所述步骤2)中，氧化剂为过硫酸铵或过硫酸钠。
按上述方案，所述步骤2)中，搅拌时间为5-10min；静置反应时间为24-36h。
提供一种上述方法制备得到的具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，首先将水性聚氨酯、表面活性剂助剂、吡咯单体混合，加入氧化剂后，表面活性剂助剂可以诱导吡咯单体一边聚合，一边与聚氨酯的高分子链相互作用形成复合水凝胶；吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中一锅法进行，不需要预先制备高分子凝胶，制备过程简单，反应条件温和，无需额外添加溶剂，绿色环保，成本低，易于工业化生产。
2.本发明提供的聚氨酯聚吡咯复合凝胶，吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中进行，聚吡咯水凝胶与聚氨酯水凝胶同步生成，相互之间均匀穿插分布，且通过化学键连接结合更加紧密，所得聚氨酯聚吡咯复合凝胶具有良好的可压缩性与导电性，而且复合凝胶的导电能力随着复合凝胶受力不同而发生改变，在柔性传感领域有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
实施例1：
提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将2份水性聚氨酯、2份十二烷基硫酸钠、1份吡咯单体在室温下搅拌2h，混合均匀，得到溶液A；
2)将1份过硫酸铵加入步骤1得到的溶液A中，搅拌10分钟后，静置反应24h，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
复合凝胶的电导率为0.045S/cm。当给复合凝胶施加0.1MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为35％；当给复合凝胶施加0.2MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为46％。
实施例2：
提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将5份水性聚氨酯、5份十二烷基苯磺酸钠、4份吡咯单体在室温下搅拌2h，混合均匀，得到溶液A；
2)将4份过硫酸铵加入步骤1得到的溶液A中，搅拌10分钟后，静置反应36h，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
复合凝胶的电导率为0.064S/cm。当给复合凝胶施加0.1MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为28％；当给复合凝胶施加0.2MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为32％。
实施例3：
提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将3份水性聚氨酯、2份十二烷基硫酸钠、3份吡咯单体在室温下搅拌1h，混合均匀，得到溶液A；
2)将3份过硫酸钠加入步骤1得到的溶液A中，搅拌8分钟后，静置反应30h，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
复合凝胶的电导率为0.034S/cm。当给复合凝胶施加0.1MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为31％；当给复合凝胶施加0.2MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为42％。
实施例4：
提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将1份水性聚氨酯、2份十二烷基硫酸钠、3份吡咯单体在室温下搅拌2h，混合均匀，得到溶液A；
2)将3份过硫酸铵加入步骤1得到的溶液A中，搅拌5分钟后，静置反应24h，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
复合凝胶的电导率为0.085S/cm。当给复合凝胶施加0.1MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为46％；当给复合凝胶施加0.2MPa的压力时，复合凝胶的电阻变化率为65％。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (7)

1.一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将水性聚氨酯、表面活性剂助剂和吡咯单体在室温下搅拌，混合均匀，得到混合液；
2)将氧化剂加入步骤1)得到的混合液中，搅拌均匀后，静置反应，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，搅拌时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，表面活性剂助剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量份数计，水性聚氨酯1-5份，表面活性剂助剂1-5份，吡咯单体1-5份，氧化剂1-5份。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，氧化剂为过硫酸铵或过硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，搅拌时间为5-10min；静置反应时间为24-36h。
7.一种权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。
CN202210305346.7A 2022-03-25 2022-03-25 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法 Active CN114621463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210305346.7A CN114621463B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210305346.7A CN114621463B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114621463A true CN114621463A (zh) 2022-06-14
CN114621463B CN114621463B (zh) 2023-07-28

Family

ID=81904944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210305346.7A Active CN114621463B (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114621463B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5795953A (en) * 1995-01-19 1998-08-18 Korea Institute Of Science And Technology Soluble, electroconductive polypyrrole and method for preparing the same
WO2002010251A1 (en) * 2000-06-09 2002-02-07 Polymerits Co., Ltd. Method for making polypyrrole
CN103013093A (zh) * 2012-12-05 2013-04-03 陕西科技大学 一种阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料的制备方法
CN106188610A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 武汉纺织大学 一种聚吡咯/聚氨酯海绵导电复合材料的制备方法及应用
CN109265733A (zh) * 2018-09-01 2019-01-25 哈尔滨工程大学 一种聚氨酯多孔海绵复合材料压力传感器的制备方法
CN109912816A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 中原工学院 一种聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5795953A (en) * 1995-01-19 1998-08-18 Korea Institute Of Science And Technology Soluble, electroconductive polypyrrole and method for preparing the same
WO2002010251A1 (en) * 2000-06-09 2002-02-07 Polymerits Co., Ltd. Method for making polypyrrole
CN103013093A (zh) * 2012-12-05 2013-04-03 陕西科技大学 一种阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料的制备方法
CN106188610A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 武汉纺织大学 一种聚吡咯/聚氨酯海绵导电复合材料的制备方法及应用
CN109265733A (zh) * 2018-09-01 2019-01-25 哈尔滨工程大学 一种聚氨酯多孔海绵复合材料压力传感器的制备方法
CN109912816A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 中原工学院 一种聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114621463B (zh) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106188610B (zh) 一种聚吡咯/聚氨酯海绵导电复合材料的制备方法及应用
CN105175755B (zh) 一种高强度高拉伸双网络物理交联水凝胶及其制备方法
CN110885476B (zh) 一锅法制备的二次掺杂型氧化石墨烯/碱溶壳聚糖-聚苯胺-聚丙烯酰胺复合导电水凝胶
CN109897316B (zh) 一种聚苯胺/聚乙烯醇复合导电凝胶的制备方法
CN108794767B (zh) 一种应变感应高强度导电水凝胶
CN110808175A (zh) 一种电活性生物质/聚吡咯水凝胶及其制备方法和应用
CN111499884A (zh) 一种基于复合氧化剂制备导电聚苯胺水凝胶的方法
CN109192539A (zh) 机械化学聚合法制备石墨烯/导电高分子复合电极材料
CN109912816B (zh) 一种聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶的制备方法
CN109749441B (zh) 一种基于一维纳米聚吡咯的导电水凝胶的制备方法
CN114773756B (zh) 一种热机械稳定超分子弹性体材料及其制备方法
CN106893120B (zh) 一种应变响应导电水凝胶的制备方法
CN114621463B (zh) 一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法
CN113667146A (zh) 一种具有温度响应性互穿网络聚合物水凝胶的制备方法
CN109825022B (zh) 一种可逆交联三元乙丙橡胶及其制备方法
EP0455222B1 (en) Production process of polyaniline derivatives
CN111540622B (zh) 一种3d打印柔性固态超级电容器的制备方法
CN114920997A (zh) 一种高电导率聚吡咯凝胶及其制备方法
CN110964214B (zh) 一种电刺激响应型芳纶纳米纤维复合水凝胶的制备方法
Faid et al. Electrosynthesis and study of phenylene-carbazolylene copolymers
Shen et al. Spatiotemporally-regulated multienzymatic polymerization endows hydrogel continuous gradient and spontaneous actuation
CN115926358B (zh) 强韧导电复合水凝胶的制备方法与应用
CN113861450B (zh) 一种聚丙烯酰胺/壳聚糖接枝聚噻吩互穿网络水凝胶制备方法
CN115926044B (zh) 一种用于应急封堵的高强度微凝胶颗粒的制备方法
JP2882892B2 (ja) 導電性高分子／高分子電解質複合体フィルムの形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant