[发明专利]一种高拉伸光固化离子导电水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高拉伸光固化离子导电水凝胶及其制备方法，属于高分子水凝胶材料技术领域。本发明利用光固化和溶剂置换两步法，在特定条件下，将电解质离子引入到光固化水凝胶中得到具有高拉伸性，高透明度，高导电性，良好的保水能力，良好的应变敏感性以及生物相容性的离子导电水凝胶。相较于已有的利用光固化制备的丙烯酸类离子导电水凝胶，其生产更加简单高效且原料绿色环保无毒无污染。该水凝胶在人体组织工程和柔性电子器件，尤其是柔性压力传感器等方向有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高拉伸光固化离子导电水凝胶及其制备方法，属于高分子水凝胶领域。

背景技术

传统的电子产品的生产和制造主要是使用金属材料或是半导体材料在制作和生产，这些材料具有较大的刚性、优秀的导电性能以及良好的传感灵敏性能。而随着科技的发展，具有可变形性、柔韧性以及延展性的柔性电子元器件越来越重要，导电水凝胶作为一种新型的柔性电子材料，由于其出色的柔性、良好的导电性以及可调的力学性能受到广泛的关注。传统的导电水凝胶是由本征导电高分子和其他水凝胶基体复合而成，导电高分子本身的刚性导致其在拉伸性能等方面存在缺陷。离子导电水凝胶是由柔性高分子链组成，由分散在其中的电解质溶液实现导电，因此能够弥补本征导电高分子水凝胶在可拉伸性，透明性上的缺陷。

目前，大部分光固化离子导电水凝胶的原料是聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，k～卡拉胶等含有羧酸，酰胺基团的高分子材料，其单体具有一定的刺激性，且在固化过程中不可避免的需要加入带有一定毒性的光引发剂如2～羟基～2～甲基～1～苯基～1～丙酮(光引发剂1173)，2～羟基～4～(2～羟乙氧基)～2～甲基苯丙酮(光引发剂2959)，这类水凝胶具有一定的毒副作用，在日常使用过程中会对人们的身体健康产生不良影响。

因此，研发制备一种非丙烯酸类的、环境友好、高可拉伸的光固化导电水凝胶成为了现在亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的第一个目的在于：提供一种高拉伸光固化离子导电水凝胶及其制备方法，主要步骤如下，

(1)将聚乙烯醇-苯乙烯吡啶鎓盐溶液用去离子水稀释，得到预凝胶液；

(2)将预凝胶液置于透明玻璃模具，在紫外光固化机中交联得到水凝胶，将水凝胶置于电解质盐溶液中浸泡，使其溶剂置换充分，得到光固化离子导电水凝胶。

具体地，所述聚乙烯醇-苯乙烯吡啶鎓盐的聚合度为1700。

具体地，所述聚乙烯醇-苯乙烯吡啶鎓盐溶液中溶质的质量分数为10％～15％。

具体地，所述电解质盐为三氯化铁、氯化钠，氯化钙，氯化铝中的一种。

具体地，所述紫外光固化机的光源波长为365mm，强度为1600mJ/cm²。

具体地，所述紫外光固化温度为室温，固化时间为6min。目的是使上述溶液中苯乙烯吡啶鎓盐(SbQ)基团发生光二聚反应产生化学交联键，形成完整的水凝胶。

具体地，所述电解质盐溶液中溶质的浓度为0.1～0.6mol/L。

具体地，所述溶剂置换反应的温度为室温，时间为1～3h，目的是使电解质盐充分进入水凝胶中，提供可用于导电的自由离子，同时部分金属离子水凝胶中的氢键产生离子配位相互作用，产生新的离子配位交联键，从而增强水凝胶机械性能。

本发明的第二个目的在于提供一种高拉伸光固化离子导电水凝胶，其采用上述的制备方法制备而成，按质量分数百分比，其组份包括聚乙烯醇-苯乙烯吡啶鎓盐(PVA-SbQ)、电解质盐和去离子水，其中所述聚乙烯醇-苯乙烯吡啶鎓盐(PVA-SbQ)的含量范围是8.38％-14.595％，电解质盐的含量范围是2.7％-16.2％，去离子水的含量范围75.42％-82.705％。