[发明专利]一种电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开一种电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶的制备方法。本发明制备方法依次包括以下步骤：第一步，采用碳纳米管水性浆料得到碳纳米管负载泡沫镍；第二步，制备含钠碳纳米管水性浆料的水凝胶前驱体母液A；第三步，使水凝胶前驱体母液A充满碳纳米管负载泡沫镍后加热聚合；第四步，采用无机酸中刻蚀掉泡沫镍；第五步，制备含钠碳纳米管水性浆料的水凝胶前驱体母液B；第六步，使水凝胶前驱体母液B充满刻蚀掉泡沫镍的水凝胶后加热聚合，得到电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶。本发明采用的单体为丙烯酸和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸。本发明制备方法简单，聚合物水凝胶电响应速度快，可用作人工肌肉。

技术领域

本发明涉及一种智能水凝胶及其制备方法，特别涉及电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶的制备方法，属于电驱动智能水凝胶领域。

背景技术

智能材料能够对外界温度、光、电场磁场等外部信号刺激做出响应，成为当今功能材料研究的一大热门，其中高分子水凝胶是最常见最重要的一种。聚合物水凝胶是一种具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。

由于电场的可控和便于调节强度，所以在电场下发生刺激响应的电响应型水凝胶引起了人们的广泛研究兴趣。由离子单体聚合成的聚合物水凝胶能对电刺激表现出膨胀或收缩的形态变化，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

本发明的目的在于提供一种力学性能和电响应性能都优异的电响应型三维CNTs导电双网络聚合物水凝胶及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶的制备方法，依次包括以下步骤：

第一步，将泡沫镍浸入碳纳米管水性浆料中，抽真空使碳纳米管水性浆料充满泡沫镍内，然后干燥，这个过程重复1～5次，得到碳纳米管负载泡沫镍；

第二步，将钠基蒙脱土、碳纳米管水性浆料、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引发剂加入去离子水中混合均匀，得到水凝胶前驱体母液A；

第三步，将第一步所得的碳纳米管负载泡沫镍浸入第二步所得的水凝胶前驱体母液A中，抽真空使水凝胶前驱体母液A充满碳纳米管负载泡沫镍中，然后加热聚合，得到聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)/钠基蒙脱土/碳纳米管水凝胶复合碳纳米管负载泡沫镍；

第四步，将第三步制得的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)/钠基蒙脱土/碳纳米管水凝胶复合碳纳米管负载泡沫镍浸入无机酸中刻蚀掉泡沫镍，得到多孔聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)/钠基蒙脱土/碳纳米管水凝胶；

第五步，将碳纳米管水性浆料、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引发剂加入去离子水中混合均匀，得到水凝胶前驱体母液B；

第六步，将第四步制得的多孔聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)/钠基蒙脱土/碳纳米管水凝胶浸入第五步所得的水凝胶前驱体母液B中，抽真空使水凝胶前驱体母液B充分吸入其中，然后加热聚合，得到含有三维碳纳米管富集导电双网络的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸)/碳纳米管/钠基蒙脱土复合水凝胶。

本发明电响应型三维碳纳米管富集导电双网络聚合物水凝胶的制备方法中，第二步水凝胶前驱体母液A中的丙烯酸∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸∶N，N′-亚甲基双丙烯酰胺∶引发剂的摩尔比为1～0∶0～1∶0.05～0.2∶0.01～0.05∶0～0.05，钠基蒙脱土占丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺之总质量的0％～4％。