CN114940729B - 一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 - Google Patents
一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114940729B CN114940729B CN202210744336.3A CN202210744336A CN114940729B CN 114940729 B CN114940729 B CN 114940729B CN 202210744336 A CN202210744336 A CN 202210744336A CN 114940729 B CN114940729 B CN 114940729B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ionic
- ionic gel
- microphase separation
- gel
- acrylic acid
- 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.)
- Active
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000002579 anti-swelling effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 48
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- HFCUBKYHMMPGBY-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyethyl prop-2-enoate Chemical compound COCCOC(=O)C=C HFCUBKYHMMPGBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone Chemical group CC(C)(O)C(=O)C1=CC=C(OCCO)C=C1 GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 2
- 125000004386 diacrylate group Chemical group 0.000 claims description 2
- -1 imide salt Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- OWOQXILFSFZPGY-UHFFFAOYSA-N CCN1C=CN(C)C1.O=S(C(F)(F)F)(NS(C(F)(F)F)(=O)=O)=O.O=S(C(F)(F)F)(NS(C(F)(F)F)(=O)=O)=O Chemical compound CCN1C=CN(C)C1.O=S(C(F)(F)F)(NS(C(F)(F)F)(=O)=O)=O.O=S(C(F)(F)F)(NS(C(F)(F)F)(=O)=O)=O OWOQXILFSFZPGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-2h-imidazole Chemical compound CCN1CN(C)C=C1 IBZJNLWLRUHZIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 abstract description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 82
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 2-prop-2-enoyloxyethyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCOC(=O)C=C KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methyl-5-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-yl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1CC(C(C)C)CC=C1C DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride Chemical compound [Cl-].CCN1C=C[N+](C)=C1 BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
- C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
- C08F283/065—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals on to unsaturated polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
-
- 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
- C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
- C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
- C08K5/3442—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having two nitrogen atoms in the ring
- C08K5/3445—Five-membered rings
-
- 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
- C08K5/43—Compounds containing sulfur bound to nitrogen
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法,微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成,其中聚合物为P(AA‑co‑MEA),单体为丙烯酸和丙烯酸‑2‑甲氧基乙酯,离子液体为1‑乙基‑3‑甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐;该离子凝胶通过将单体置于离子溶液中,并于光照条件下一步光固化法合成了微相分离离子凝胶,原料来源广泛,成本低,制备过程简单、可操控性强,周期短,所制备的微相分离离子凝胶具有良好的抗溶胀特性、高机械性能以及良好的粘附性和高温稳定性能。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域,涉及一种离子凝胶及其制备方法,具体涉及一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法。
背景技术
离子凝胶由离子液体作为聚合物凝胶的溶剂,由于其独特的物理化学性质,如高离子电导率,不可燃性,热、电化学稳定性,它吸引了许多学术兴趣。离子凝胶在热稳定性方面优于水凝胶,它们不容易蒸发,因此可以在开放的环境中使用,无需封装。基于上述优势,离子凝胶可以实现电子功能与生物功能的自然融合,有望成为健康记录电极、生物医学贴片、可穿戴水下传感器等生物组织技术的接口候选产品。为了满足上述应用的需求,离子凝胶不仅应具有一定的机械性能,而且应能够保持复杂环境下性能的稳定性。然而大多数传统离子凝胶的机械性能一般,并且在水中或者有机溶剂中会严重溶胀而导致力学性能的急速下降,这限制了离子凝胶在恶劣环境下的应用。因此,研究开发一种具有抗溶胀特性的高强度离子凝胶具有重要的应用价值。
近年来,对聚合物网络具有良好亲和力的离子水凝胶导体,如水溶性金属盐/离子液体等被用作离子导电元件。离子导体中的盐溶液/离子液体是水凝胶基质的主要溶剂,聚合物链嵌入其中,可以保证导电相在任何变形下的连续性。然而制备出的离子凝胶存在着离子液体严重泄露,电导率下降,力学性能降低的缺点。近来,通过加入阴离子单体制备了具有良好电导率以及力学性能的离子凝胶,然而这些离子凝胶由于单体的亲水性,在水下环境中会发生溶胀,从而导致机械性能较差,同时也会降低其电导率。因此,制备具有抗溶胀特性的高强度微相分离结构的离子凝胶仍是一个亟待解决的难题。
发明内容
本发明旨在提供一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法,微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成,其中聚合物为 P(AA-co-MEA),单体为丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯,离子液体为1-乙基-3- 甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐;该离子凝胶通过将单体置于离子溶液中,并于光照条件下一步光固化法合成了微相分离离子凝胶,制备过程简单、可操控性强,周期短,所制备的微相分离离子凝胶具有良好的抗溶胀特性、高机械性能以及良好的粘附性和高温稳定性能。
本发明的技术方案如下:
一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶,所述微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成,其中聚合物为P(AA-co-MEA),单体为丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯,离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
作为本发明的一种限定,所述丙烯酸的摩尔量占单体总摩尔量的10-90%。
作为本发明的第二种限定,所述微相分离离子凝胶中离子液体的含量为 40-80wt%,聚合物的含量为20-60wt%。
本发明中,离子液体的含量是至关重要的,这与其离子凝胶的性能息息相关,当离子液体的含量小于40wt%时,离子凝胶状态又硬又脆,无法测试其机械性能,这主要是因为离子液体的含量减少,会导致聚合物单体的相互作用增强,进而影响其离子凝胶的性能;当离子液体的含量大于80wt%时,离子凝胶状态显现又稀又软,这主要是因为离子液体的含量增加,会导致单体与离子液体之间的作用增强,进而影响其离子凝胶的性能。
本发明还提供了一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法,按照如下的步骤顺序依次进行:
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,将丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯分别溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,搅拌均匀后,随后加入光引发剂、交联剂,搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2,随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于紫外灯下照射2h,形成微相分离的 P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
作为上述制备方法的一种限定,所述光引发剂为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2- 甲基苯丙酮,其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.5-1%。
作为上述制备方法的第二种限定,所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯,其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.01-0.1%。
作为上述制备方法的第三种限定,所述紫外灯照射的强度为5-10W,波长为365nm。
本发明提供的一种抗溶胀高强度的微相分离的离子凝胶将具有高稳定性、高电导率的离子液体[EMIM][NTf2]和高强度聚合物网络相结合;将疏水性单体 MEA与亲水性单体AA在疏水性离子液体[EMIM][NTf2]中共聚,由于亲水性单体丙烯酸与疏水性离子液体亲和力较低,凝胶中的聚丙烯酸聚合物链聚集成局部密集的聚合物相,从而诱发强的聚合物内部相互作用,使得离子凝胶机械性能增强。疏水性单体丙烯酸-2-甲氧基乙酯与疏水性离子液体亲和力较高,局部形成松散相,产生微相分离结构,不仅提高离子凝胶的力学性能,而且可以调节其优异抗溶胀性,最终制备而成得到一种抗溶胀高强度的微相分离的离子凝胶。
本发明上述制备方法作为一个整体,各步骤之间是息息相关,不可分割的。
由于采用上述技术方案后,本发明所取得的有益效果如下:
1、本发明采用“一步光固化法”制备了微相分离离子凝胶,制备过程简单、可操控性强,过程易于控制,周期短。
2、本发明采用丙烯酸与丙烯酸-2-甲氧基乙酯作为原料,来源丰富,简单易得,成本低廉。
3、本发明所制备的微相分离离子凝胶具有良好的抗溶胀特性和高机械性能,该离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h后仍保持良好的韧性和导电特性;制备得到的离子凝胶拉伸强度0.037-0.28MPa,断裂应变342-716%,弹性模量15-118KPa,韧性0.09-1.01MJm-3。此外,所制备的抗溶胀离子凝胶具有良好的粘附性和高温稳定性能。
本发明适用于制备具有抗溶胀和高机械性能的离子凝胶。
下面将结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
附图说明
图1为制备的微相分离离子凝胶聚合过程的实时红外监测图和微相分离微观结构图,其中:a图为聚合过程的实时红外监测图,b图为离子凝胶产生的微相分离微观结构图;
图2为微相分离离子凝胶的抗溶胀特性的照片,其中:a图为微相分离离子凝胶在水和十二烷中的抗溶胀特性的照片;b图为微相分离离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h的质量变化图;c图为微相分离离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h的弹性模量和韧性的变化图;
图3为微相分离离子凝胶的拉伸机械性能图;
图4为微相分离离子凝胶在不同离子液含量的力学性能图;其中:a图为拉伸应力-应变曲线图,b图为弹性模量和韧性的影响图。
具体实施方式
下述实施例中,所述的试剂如无特殊说明,均采用市售试剂,下述实验方法及检测方法,如无特殊说明均采用现有的实验方法和检测方法。
下述实施例1-5分别制备一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶,所用的光引发剂为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure 2959),所用的交联剂为乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA 1000),单体包含亲水性单体丙烯酸和疏水性单体丙烯酸-2-甲氧基乙酯。
实施例1
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,含量为80wt%,向其中分别加入单体丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯并溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,单体含量为20wt%,其中丙烯酸摩尔量占亲水性单体与疏水性单体总摩尔量的 33.3%,搅拌均匀后,随后加入光引发剂(其摩尔量占单体总摩尔量的1%)、交联剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.1%),搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2;随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于强度为10W、波长为365nm紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
实施例2
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,含量为70wt%;向其中分别加入单体丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯并溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,单体含量为30wt%(其中,丙烯酸摩尔量占亲水性单体与疏水性单体总摩尔量的 10%),搅拌均匀后,随后加入光引发剂(其摩尔量占单体总摩尔量的1%)、交联剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.1%),搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2;随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于强度为5W、波长为365nm紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
实施例3
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,含量为50wt%;向其中分别加入单体丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯并溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,单体含量为50wt%(其中,丙烯酸摩尔量占亲水性单体与疏水性单体总摩尔量的66.7 mol%),搅拌均匀后,随后加入光引发剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.8%)、交联剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.01%),搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2;随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于强度为8W、波长为365nm的紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
实施例4
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,含量为60wt%;向其中分别加入单体丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯并溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,单体含量为40wt%(其中,丙烯酸摩尔量占亲水性单体与疏水性单体总摩尔量的 90%),搅拌均匀后,随后加入光引发剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.5%)、交联剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.05%),搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2;随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于强度为7W、波长为365nm紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
实施例5
(1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中,含量为40wt%;向其中分别加入单体丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯并溶于离子液体[EMIM][NTf2]中,单体含量为60wt%(其中,丙烯酸摩尔量占亲水性单体与疏水性单体总摩尔量的 50.0%),搅拌均匀后,随后加入光引发剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.7%)、交联剂(其摩尔量占单体总摩尔量的0.04%),搅拌后得到溶液;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2;随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于强度为5W、波长为365nm紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
实施例6性能测试
对实施例1-实施例5中所制备的材料进行一些性能测试,具体结果参见图 1-图4所示。
图1中a图对微相分离离子凝胶的聚合过程进行了实时红外监测,从图中可以看出C=C双键的伸缩振动区为(1690-1500cm-1),随着聚合时间的进行,双键在减少,测试结果表明聚合过程产生,离子凝胶的形成。图1中b图对微相分离离子凝胶不同丙烯酸含量产生的微相分离微观结构表征,测试结果表明,亲水性丙烯酸与疏水性离子液体[EMIM][NTf2]亲和力较低,凝胶中的聚丙烯酸聚合物链聚集成局部密集的聚合物相,从而诱发强的聚合物内部相互作用,而 MEA局部形成松散相,随着丙烯酸的含量增加,相分离的微观结构更为明显。
图2对微相分离离子凝胶的抗溶胀特性进行表征和测试,a图为微相分离离子凝胶在水和十二烷中的抗溶胀特性的照片;b图为微相分离离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h的质量变化图;c图为微相分离离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h的弹性模量和韧性的变化图。实验结果表明,微相分离离子凝胶表现出良好的抗溶胀特性,将离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h后质量变化不大,并且仍保持良好的杨氏模量和韧性。
图3对微相分离离子凝胶的力学性能进行表征和测试,实验结果表明,微相分离结构为离子凝胶具有很好的拉伸机械性能,所得到的离子凝胶拉伸强度可达0.28MPa,断裂应变可达710%,表现出很好的机械强度和韧性。
图4为微相分离离子凝胶在不同离子液含量的力学性能图,采用万能力学仪测定所研制离子凝胶的拉伸性能,结果如图4a所示,其拉伸性能和离子液体含量有关,本发明的离子液体含量不同,微相分离离子凝胶拉伸强度可在0.037 -0.28Mpa范围,断裂应变可在342-716%范围。图4b为根据拉伸曲线计算的弹性模量,其值可在15-118KPa范围,根据拉伸曲线计算的韧性,其值可在 0.09-1.01MJ m-3范围。
实施例7对比例
本实施例对不同类别的离子液体、单体及其含量分别进行了实验,制备过程与实施例1相似,不同之处仅在于:离子液体、单体及其含量不同,具体如下。
A组:离子液体种类为亲水性离子液体1-乙基-3甲基咪唑氯盐,制备后得到的离子凝胶不具备抗溶胀特性,浸泡在水中立刻发生溶胀,且没有机械性能。
B组:离子液体的含量为30wt%,制备后得到的离子凝胶又硬又脆,无法应用其力学性能。
C组:离子液体的含量为90wt%,制备后得到的离子凝胶又稀又软,无法成型。
D组:单体为丙烯酸,制备得到的离子凝胶由于亲水性丙烯酸和疏水性离子液体的亲和力较差,形成强烈的微相分离结构,离子间相互作用过强,离子凝胶显现又硬又脆的机械性能。
E组:单体为丙烯酸-2-甲氧基乙酯,制备得到的离子凝胶由于疏水性单体丙烯酸-2-甲氧基乙酯与疏水性离子液体相容性很好,没有形成微相分离结构,存在较弱的氢键相互作用,离子凝胶显现较差的机械性能。
F组:单体为丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,制备的离子凝胶力学性能较差,单体与离子液体的相容性很好,没有形成微相分离结构,存在较弱的离子间相互作用,离子凝胶显现较差的机械性能。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (3)
1.一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶,其特征在于,所述微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成,其中聚合物为P(AA-co-MEA),单体为丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯,离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐;
所述丙烯酸的摩尔量占单体总摩尔量的10-90%;
所述微相分离离子凝胶中离子液体的含量为40-80 wt%,聚合物的含量为20-60 wt%;
所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法,按照如下的步骤顺序依次进行:
(1)将离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐加入玻璃瓶中,将丙烯酸和丙烯酸-2-甲氧基乙酯分别溶于离子液体中,搅拌均匀后,随后加入光引发剂、交联剂,搅拌后得到溶液;
所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯,其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.01-0.1%;
(2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空,并充N2以除去溶液中的O2,随后将溶液转移入长方形亚克力模具中,置于紫外灯下照射2h,形成微相分离的P(AA-co-MEA)-ILs离子凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法,其特征在于,所述光引发剂为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮,其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.5-1%。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法,其特征在于,所述紫外灯照射的强度为5-10W,波长为365nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210744336.3A CN114940729B (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210744336.3A CN114940729B (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114940729A CN114940729A (zh) | 2022-08-26 |
CN114940729B true CN114940729B (zh) | 2023-03-21 |
Family
ID=82910888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210744336.3A Active CN114940729B (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114940729B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115894793B (zh) * | 2022-12-13 | 2024-05-28 | 中国海洋大学 | 一种抗溶胀粘附离子凝胶及其制备方法和应用 |
CN116023585B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-05-17 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种双网络nipam基离子凝胶及其制备方法 |
CN117126429B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-01-16 | 之江实验室 | 凝胶半干电极及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102280684B1 (ko) * | 2014-08-27 | 2021-07-22 | 삼성전자주식회사 | 리튬공기전지 및 이의 제조방법 |
JP6794621B2 (ja) * | 2015-11-10 | 2020-12-02 | 株式会社リコー | ゲル電解質、及びエレクトロクロミック素子 |
US10510971B2 (en) * | 2017-07-18 | 2019-12-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Vapor-deposited nanoscale ionic liquid gels as gate insulators for low-voltage high-speed thin film transistors |
CN113185638A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 江南大学 | 一种高韧性导电纳米复合离子凝胶及其制备方法 |
CN113644313B (zh) * | 2021-06-23 | 2023-05-16 | 南京邮电大学 | 一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质及其制备方法与应用 |
-
2022
- 2022-06-27 CN CN202210744336.3A patent/CN114940729B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114940729A (zh) | 2022-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114940729B (zh) | 一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法 | |
CN111253520B (zh) | 自修复材料用可聚合低共熔溶剂、导电弹性体及制备方法 | |
CN113549175B (zh) | 一种多功能导电离子液体凝胶及其制备方法与应用 | |
CN108707252A (zh) | 一种纳米复合离子液体凝胶材料及其制备和基于该材料的应变传感器 | |
CN114262403B (zh) | 一种高透明自修复自粘导电弹性材料及其制备方法 | |
Zheng et al. | Nanophase separation in immiscible double network elastomers induces synergetic strengthening, toughening, and fatigue resistance | |
CN108440772A (zh) | 一种自修复导电双网络结构水凝胶及其制备方法 | |
JP5246854B2 (ja) | 有機無機複合ゲル | |
CN110760152A (zh) | 一种抗冻水凝胶及其制备方法与应用 | |
CN110724282B (zh) | 一种超长拉伸自修复水凝胶粘结材料及其制备方法 | |
CN112126085B (zh) | 一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用 | |
Ding et al. | High‐throughput screening of self‐healable polysulfobetaine hydrogels and their applications in flexible electronics | |
CN111533847A (zh) | 高强度离子液体凝胶及其制备方法 | |
CN110724283B (zh) | 一种紫外光辅助自修复的高强度离子凝胶、制备方法及修复方法 | |
CN114349899A (zh) | 一种自粘附导电凝胶及其制备方法 | |
CN113621100A (zh) | 可聚合低共熔溶剂及所制得的干式离子导体及其制备方法 | |
CN114957724A (zh) | 一种高强、高韧且抗撕裂的低共熔凝胶的制备方法及应用 | |
CN115232242A (zh) | 一种水下高强度离子凝胶及其制备方法与应用 | |
Liu et al. | Natural protein-based hydrogels with high strength and rapid self-recovery | |
Ye et al. | Self-compliant ionic skin by leveraging hierarchical hydrogen bond association | |
CN117344404B (zh) | 基于可聚合深共晶溶剂的多肽离子导电纤维、制备与应用 | |
CN113185715A (zh) | 一种自愈合导电聚乙烯醇基水凝胶及其制备方法与应用 | |
CN111848982A (zh) | 一种自愈合导电离子凝胶及其制备方法与应用 | |
CN117106204A (zh) | 一种高强度耐冻导电凝胶及其制备与应用 | |
CN110938167B (zh) | 可降解且机械性能可调的聚合物水凝胶及其制备方法 |
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 |