[发明专利]一种高伸长率及弹性模量可调的离子液体凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体和高分子聚合物制备技术2领域，特别涉及一种高伸长率及弹性模量可调的离子液体凝胶制备方法。

背景技术

作为一种“绿色溶剂”，离子液体由于其具有不挥发性（几乎无饱和蒸汽压），不可燃性、热稳定性和高的电导率等优点而引起了人们的广泛关注。离子液体主要应用于电解质（如锂离子电池、燃料电池、太阳能电池）、功能膜材料（如分离膜、催化膜）和生物传感器（如检测葡萄糖和多巴胺）等领域。然而大多数离子液体在常温下都是液体的，在实际应用中受到很多限制。将离子液体固化不但可更好的发挥离子液体的作用，而且可拓展其应用范围，所以如何将离子液体固化是实际应用中需要解决的关键问题。

制备离子液体凝胶是固化离子液体的一种有效方法，目前关于制备离子液体凝胶的方法主要有在离子液体中原位聚合乙烯基单体形成凝胶，以及将离子液体自身交联形成凝胶两种方式。但是目前报道的大多数离子液体凝胶的力学性能较弱，伸长率较低，此外，弹性模量较高（>100kPa），与软材料的模量不匹配，依附性较差，从而限制了其作为生物材料、能量储存材料和驱动器材料等的应用。为了更好的发挥离子液体的作用，拓宽离子液体的应用领域，本发明通过在离子液体中原位交联聚合丙烯酸类单体，将离子液体固化而制备得到了一种高伸长率及弹性模量可调性能的离子液体凝胶，该材料有望拓宽离子液体的应用领域。

目前报道的有关研究具有可拉伸及弹性模量可调性能的离子液体凝胶的制备方法有以下三例。

S Saricilar等(Electrochem Commun,2013,32:47-50)用甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate,MMA)为单体，聚乙二醇二丙烯酸酯(poly(ethylene glycol)diacrylate,PEGDA，平均分子量285g/mol)为交联剂,过氧化甲乙酮(methyl ethyl ketone peroxide)为光催化剂，在(1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺(1-ethyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide,[C₂mIm][TFSI])离子液体中通过自由基聚合生成了拉伸模量在130-470kPa，拉伸应变约6倍的离子液体凝胶。

K Fujii等(Soft Matter,2012,8:1756-1759)将四臂聚乙二醇(tetra-arm poly(ethylene glycol),Tetra-PEG)与1-乙基-3-甲基咪唑双（氟磺酰）亚胺(1-ethyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethanesulfonyl)amide,[C₂mIm][TFSA])离子液体混合后制备出拉伸模量为2.8-7.7kPa，拉伸应变在3.8-4.7倍的离子液体凝胶。

AF Visentin等(ACS Appl.Mater.Interfaces,2012,4:2836-2839)将聚乙二醇二丙烯酸酯(poly(ethylene glycol)diacrylate,PEGDA,平均分子量575g/mol)作为前驱体，2-羟基-2-甲基苯丙酮(2-hydroxy-2-methylpropiophenone,HOMPP)为光引发剂，1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺(1-ethyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide,[C₂mIm][TFSI])为离子液体，通过原位交联聚合制备了压缩模量为2×10^-3-15MPa，最大压缩应变为0.4倍的离子液体凝胶。

以上三例离子液体凝胶虽然都可归为具有可拉伸和弹性模量可调性能的离子液体凝胶，但是其应变范围较小，远远不能满足对具有高伸长率及弹性模量可调性能的软弹性材料的要求。为了更好的发挥离子液体以及离子液体凝胶的作用，拓宽离子液体的应用领域，高伸长率的软弹性离子液体凝胶的制备需求相当迫切。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种高伸长率及弹性模量可调的离子液体凝胶制备方法，将丙烯酸类单体加入离子液体中，再加入交联剂和引发剂，通过自由基聚合就可制备离子液体凝胶，与传统的离子液体凝胶相比，本发明制备出的离子液体凝胶的拉伸模量（2-50kPa）和拉伸应变（伸长率为3-22倍）可调，拓宽了离子液体作为生物材料、能量储存材料和驱动器材料等的应用范围。