一种电响应型互穿聚合物水凝胶及其制备方法转让专利
申请号 : CN201811507442.X
文献号 : CN109575321B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 应宗荣 , 李博 , 王奇 , 谢杰
申请人 : 南京理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种电响应型互穿聚合物水凝胶的制备方法,其特征在于:依次包括以下步骤:第一步,将聚乙二醇、丙三醇和多异氰酸酯单体混合均匀并脱泡;
第二步,将第一步混合所得的混合物熔体倒入模具,然后升温进行聚合反应得到水溶性聚氨酯交联网络体;
第三步,将丙烯酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、N,N’‑亚甲基双(丙烯酰胺)和过硫酸钾加入水中混合均匀,配制得到聚合单体水溶液;
第四步,将第二步制得的水溶性聚氨酯交联网络体,浸泡在第三步配制的聚合单体水溶液中,直到溶胀平衡;
第五步,将浸泡有聚合单体水溶液的水溶性聚氨酯交联网络体加热升温,使聚合单体进行热引发聚合,以在水溶性聚氨酯交联网络体内部形成丙烯酸‑co‑2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸co‑N,N’‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络的第二网络,制得水溶性聚氨酯交联网络/丙烯酸co‑2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸‑co‑N,N‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络两者构成的互穿聚合物网络水凝胶;
其中,聚乙二醇分子量为800~1200;聚乙二醇、丙三醇两者的羟基与多异氰酸酯单体的异氰酸酯之间摩尔比为1∶1.1~1.3。
2.根据权利要求1所述的电响应型互穿聚合物水凝胶的制备方法,其特征在于:第一步采用的多异氰酸酯单体为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯之一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的电响应型互穿聚合物水凝胶的制备方法,其特征在于:第二步的聚合反应包括两个阶段,第1阶段为在65~80℃下聚合反应0.5~1.5小时,第2阶段为在
110~130℃下聚合反应0.5~3小时。
4.根据权利要求1所述的电响应型互穿聚合物水凝胶的制备方法,其特征在于:第三步采用的丙烯酸∶2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸∶N,N’‑亚甲基双(丙烯酰胺)∶过硫酸钾的摩尔比为1~0∶0~1∶0.05‑0.2∶0.01~0.05。
5.根据权利要求1所述的电响应型互穿聚合物水凝胶的制备方法,其特征在于:第五步的热引发聚合条件为,在60~90℃下聚合反应2~12小时。
说明书 :
一种电响应型互穿聚合物水凝胶及其制备方法
技术领域
背景技术
有亲水性的三维聚合物网络结构的智能高分子,在水中可吸水膨胀,这些特性使水凝胶可
以广泛应用在组织工程、人工肌肉、分离膜、化学阀、传感器等前沿领域。
收缩的形态变化,进而产生弯曲行为,因此这类水凝胶在人工肌肉、机器人手臂、仿生鱼和
履带爬行器等领域具有广泛的应用前景。但是,目前高分子水凝胶的机械性能差,严重限制
了其应用。因此,提高力学性能和保持高的电响应性成为目前高分子水凝胶领域的一大难
题。
发明内容
交联网络构成的互穿聚合物网络水凝胶。
种以上;聚乙二醇分子量在800~1200范围。
2‑甲基丙磺酸‑co‑N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络的第二网络,制得水溶性聚氨酯交
联网络/丙烯酸‑co‑2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸‑co‑N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络
两者构成的互穿聚合物网络水凝胶。
异氰酸酯单体可以是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯之一
种或一种以上;聚乙二醇分子量在800~1200范围。
合反应0.5~3小时。
0.05~0.2∶0.01~0.05。
拉伸强度;(3)本发明电响应型互穿聚合物水凝胶在电场中的响应速度快,在智能水凝胶人
工肌肉领域有良好的应用前景。
具体实施方式
水凝胶。
酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯之一种或一种以上。本发明电响应型互穿
聚合物水凝胶采用的聚乙二醇分子量不得低于800,否则聚合速度太快,难以获得合适形状
和尺寸的水溶性聚氨酯交联网络体;也不能过高,不能高于1200,否则无法混合均匀和制得
水溶性聚氨酯交联网络体。
2‑甲基丙磺酸‑co‑N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络的第二网络,制得水溶性聚氨酯交
联网络/丙烯酸‑co‑2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸‑co‑N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)交联网络
两者构成的互穿聚合物网络水凝胶。
醇之摩尔比可以为1∶0.4~1.1。采用的多异氰酸酯单体可以是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲
烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯之一种或一种以上;聚乙二醇分子量在800~1200范
围。
合反应0.5~3小时。
0.05~0.2∶0.01~0.05。第三步配制的聚合单体水溶液的单体总质量浓度最好在30%~
70%之间。
反应1小时,接着在120℃下交联固化2小时,制得水溶性聚氨酯交联网络体。将1.242千克2‑
丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、0.432千克丙烯酸、0.096千克N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)和
0.032千克过硫酸钾加入6千克去离子水,混合均匀配成聚合单体水溶液。随后,将水溶性聚
氨酯交联网络体浸泡在配制的聚合单体水溶液中,直到溶胀平衡。最后,将浸泡有聚合单体
水溶液的水溶性聚氨酯交联网络体加热升温,使聚合单体在75℃热引发聚合10小时,即制
得本发明电响应型互穿聚合物水凝胶。本发明电响应型互穿聚合物水凝胶的拉伸强度
650kPa,断裂伸长率45%,在直流电电场强度为2.5V/cm的电驱动作用下电驱动弯曲角度可
高达90°的极限弯曲角度,弯曲角度90°的电响应时间125s。
下聚合反应1小时,接着在120℃下交联固化2小时,制得水溶性聚氨酯交联网络体。将0.2千
克2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、0.792千克丙烯酸、0.096千克N,N′‑亚甲基双(丙烯酰胺)
和0.032千克过硫酸钾加入6千克去离子水,混合均匀配成聚合单体水溶液。随后,将水溶性
聚氨酯交联网络体浸泡在配制的聚合单体水溶液中,直到溶胀平衡。最后,将浸泡有聚合单
体水溶液的水溶性聚氨酯交联网络体加热升温,使聚合单体在85℃热引发聚合8小时,即制
得本发明电响应型互穿聚合物水凝胶。本发明电响应型互穿聚合物水凝胶的拉伸强度
625kPa,断裂伸长率58%,在直流电电场强度为2.5V/cm的电驱动作用下电驱动弯曲角度可
高达90°的极限弯曲角度,弯曲角度90°的电响应时间108s。