【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及材料，具體而言涉及一種能用于溫度、濕度傳感的粘附改性的復(fù)合離子導(dǎo)電水凝膠及其制備方法和儲存設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、水凝膠作為一種富水的三維結(jié)構(gòu)彈性體，其導(dǎo)電性能與其中的導(dǎo)電相物質(zhì)的內(nèi)部摻雜情況密切相關(guān)，主要可分為電子導(dǎo)電水凝膠和離子導(dǎo)電水凝膠。對于電子導(dǎo)電性水凝膠，基體中引入的導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電納米材料通常與水凝膠基體的力學(xué)性能存在較大差異。它不能像基體網(wǎng)絡(luò)那樣在變形過程中承受較大的應(yīng)變，往往會導(dǎo)致所連接的導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)或橋接的納米材料與基體發(fā)生不可逆分離，使電性能也發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)化。而對于離子導(dǎo)電水凝膠，其導(dǎo)電通路主要為內(nèi)部的水分通路，水凝膠變形引起的離子移動距離的變化轉(zhuǎn)化為的電導(dǎo)率的變化不受電子導(dǎo)電時所述問題的影響，使得離子導(dǎo)電的水凝膠由于其仿生機械性能和獨特的離子傳導(dǎo)行為具有特定的優(yōu)勢。
2、研究通過對離子導(dǎo)電水凝膠的構(gòu)筑溶液與調(diào)控，使其獲得了良好的機械性能、導(dǎo)電性能以及應(yīng)力應(yīng)變、溫度、濕度信號的響應(yīng)和傳感能力。然而其制備出的一系列水凝膠本身表面光滑并不具備粘附性，在實際組裝為柔性傳感器件時均需要對其額外輔助固定。此外，水凝膠在較寬溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用過程中還需要保持性能的穩(wěn)定，不僅是在干燥條件下，且含水量較高的水凝膠在低溫環(huán)境中還容易凍結(jié)，這也會對其機械性能和導(dǎo)電靈敏度產(chǎn)生極大的影響。
3、在儲存用于溫度與濕度傳感的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠的過程中，現(xiàn)有技術(shù)存在以下幾個主要不足：
4、粘附性不足：許多離子導(dǎo)電水凝膠本身表面光滑且不具備粘附性，這導(dǎo)致在實際應(yīng)用中需要額外的輔助固定
5、綜上所述，尋找新的方法或引入新組分結(jié)構(gòu)在對離子導(dǎo)電復(fù)合水凝膠性能影響不大的前提下來改善其粘附性、抗干和抗凍性能及賦予其力學(xué)、溫度、濕度傳感性能對于水凝膠傳感器的多功能化尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的包括，提供一種簡易而有效的復(fù)合交聯(lián)離子導(dǎo)電水凝膠的制備方法，能夠提高水凝膠機械性能，粘附性能和在抗干燥抗凍結(jié)性能，并能夠?qū)⑵溆糜陔娮枋饺嵝詰?yīng)力應(yīng)變、溫度和濕度傳感器的組裝應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)實施例能夠這樣實現(xiàn)：
3、第一方面，本專利技術(shù)實施例提供一種能用于溫度、濕度傳感的粘附改性復(fù)合離子導(dǎo)電水凝膠的制備方法，包括：
4、將聚乙烯醇加入去離子水中，升溫至80℃以上攪拌，形成pva溶液；
5、將纖維素在溶解于氫氧化鈉/尿素的水溶液中，加入單體烯丙基縮水甘油醚，在室溫下反應(yīng)后再經(jīng)透析得到纖維素溶液；
6、將所述纖維素溶液加入pva溶液中后，再加入丙烯酰胺、丙烯酸、去離子水，多元醇和導(dǎo)電相的鋰/鉀鹽，在40℃~50℃下混合均勻攪拌10-20分鐘得到均勻前驅(qū)液；隨后依次加入共價交聯(lián)劑和水溶性引發(fā)劑，并在攪拌均勻后置于模具中密封；
7、在50~60℃加熱反應(yīng)4~6小時后，得到以共價交聯(lián)的聚丙烯酰胺為基體的水凝膠前驅(qū)體；
8、將所述前驅(qū)體置于低溫下冷凍，再回復(fù)至常溫后即得到共價-物理復(fù)合交聯(lián)水凝膠。
9、將上述水凝膠切割為便于裝配的尺寸后二次置于多元醇/水作為溶劑的鋰鹽溶液中于35~45℃下進(jìn)行溶液交換12~24h后即得到離子導(dǎo)電水凝膠。
10、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，在所述將聚乙烯醇（pva）加入去離子水中，升溫攪拌形成pva溶液，所述pva溶液的濃度為10-15wt％，升溫至90℃攪拌1~2小時。
11、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，纖維素溶液為將纖維素粉共混于氫氧化鈉/尿素的水溶液中，其中纖維素、naoh和尿素濃度比為4%:7%:12%，攪拌至均勻懸濁液后置于-20℃中冷凍12?h,隨后室溫解凍4-6小時后以600?rpm攪拌剪切10~20?min后得到纖維素前驅(qū)液。
12、進(jìn)一步地，室溫下將烯丙基縮水甘油醚加入上述纖維素前驅(qū)中攪拌充分反應(yīng)6-8h，隨后轉(zhuǎn)移至透析袋中置于去離子水中透析，直至中性得到納米纖維素溶液；其中烯丙基縮水甘油醚的添加量與溶液中纖維素葡萄糖單元的摩爾比為1.5。
13、進(jìn)一步地，多元醇的第一次原位加入用于改性反應(yīng)過程的溶劑環(huán)境，所選多元醇為甘油或乙二醇，體積分?jǐn)?shù)為總前驅(qū)液的10~15%。
14、進(jìn)一步地，所述丙烯酰胺、丙烯酸原位共聚體系中二者質(zhì)量比為9:1~7:3；共聚體系、聚乙烯醇、纖維素的質(zhì)量比為10:?2~4:?0.5~0.8。
15、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，所述化學(xué)交聯(lián)劑為n?,n’-亞甲基雙丙烯酰胺，所述化學(xué)交聯(lián)劑含量為所述丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.1%~0.5%。
16、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，所述的水溶性引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，其含量為所述丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.2%~0.8%。
17、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，將所述纖維素溶液加入pva溶液中，再加入去離子水、多元醇、丙烯酰胺、丙烯酸、鋰/鉀鹽，混合攪拌，得到均勻溶液的步驟中，所述丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯醇等基體溶質(zhì)的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~20%，鋰/鉀鹽濃度為0.5~1mol/l。
18、進(jìn)一步地，在可選的實施例中，在所述將所述水凝膠前驅(qū)體置于低溫下冷凍，再回復(fù)至常溫，冷凍溫度-25~-35℃冷凍時間為12小時，所述回復(fù)至常溫的時間為4~6小時；循環(huán)次數(shù)為1~2次。
19、進(jìn)一步地，所述二次溶液交換時所使用的水/多元醇溶液中，多元醇種類為乙二醇或丙三醇，體積分?jǐn)?shù)為50~75%。
20、進(jìn)一步地，所述二次溶液交換時所使用的水/多元醇溶液中，作為導(dǎo)電相的鹽為licl或kcl，摩爾分?jǐn)?shù)為1?~?2mol/l。
21、進(jìn)一步地，所述二次溶液交換時所使用的水/多元醇溶液使用量不低于水凝膠初始體積的500%；溶液交換溫度35~45℃，交換時間12-24h。
22、本專利技術(shù)提供的耐久和粘附改性的復(fù)合交聯(lián)的離子導(dǎo)電水凝膠的制備方法具有以下有益效果：
23、本申請在現(xiàn)有技術(shù)制得復(fù)合交聯(lián)離子導(dǎo)電水凝膠的基礎(chǔ)上，采用了溶劑相和導(dǎo)電相的原位+非原位交換的逐步引入法：先在低多元醇溶劑濃度和低導(dǎo)電相離子濃度條件下進(jìn)行反應(yīng)，先將部分溶劑交換過程整合進(jìn)入水凝膠基底的一鍋法反應(yīng)中，該過程中原位地將纖維素接枝至聚丙烯酰胺/聚丙烯酸共聚物分子鏈上并穿插引入可逆的聚乙烯醇物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成共價-物理復(fù)合交聯(lián)結(jié)構(gòu)；在高蒸氣壓的多元本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種能用于溫度與濕度傳感的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，其組成物包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述纖維素溶液由纖維素粉共混于氫氧化鈉/尿素的水溶液中，其中纖維素、氫氧化鈉和尿素的濃度比為4%:7%:12%，攪拌至均勻懸濁液后置于-20℃中冷凍12小時，隨后室溫解凍4-6小時后以600rpm攪拌剪切10~20?min分鐘得到纖維素前驅(qū)液；所述纖維素前驅(qū)液在室溫下與烯丙基縮水甘油醚反應(yīng)6-8小時，隨后轉(zhuǎn)移至透析袋中置于去離子水中透析至中性得到納米纖維素溶液；其中烯丙基縮水甘油醚的添加量與溶液中纖維素葡萄糖單元的摩爾比為1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述多元醇為甘油或乙二醇，體積分?jǐn)?shù)為總前驅(qū)液的10~15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述共價交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，其含量為丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.1%~0.5%；所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，其含量為丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.2%~0.8%。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種能用于溫度與濕度傳感的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，其組成物包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述纖維素溶液由纖維素粉共混于氫氧化鈉/尿素的水溶液中，其中纖維素、氫氧化鈉和尿素的濃度比為4%:7%:12%，攪拌至均勻懸濁液后置于-20℃中冷凍12小時，隨后室溫解凍4-6小時后以600rpm攪拌剪切10~20?min分鐘得到纖維素前驅(qū)液；所述纖維素前驅(qū)液在室溫下與烯丙基縮水甘油醚反應(yīng)6-8小時，隨后轉(zhuǎn)移至透析袋中置于去離子水中透析至中性得到納米纖維素溶液；其中烯丙基縮水甘油醚的添加量與溶液中纖維素葡萄糖單元的摩爾比為1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述多元醇為甘油或乙二醇，體積分?jǐn)?shù)為總前驅(qū)液的10~15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠，其特征在于，所述共價交聯(lián)劑為n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺，其含量為丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.1%~0.5%；所述水溶性引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，其含量為丙烯酰胺和丙烯酸合計質(zhì)量的0.2%~0.8%。
5.一種如權(quán)利要求1-6任一項所述的粘附改性離子導(dǎo)電水凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述將所述前驅(qū)體置于低溫下冷凍，再回復(fù)至常溫，冷凍溫度-25~-35℃，冷凍時間為12小時，所述回復(fù)至常溫的時間為4~6小時；循環(huán)次數(shù)為1~2次。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述pva溶液的濃度為10~15wt%，升溫至90℃攪拌1-2小時；所述二次溶液交換時所使用的水/多元醇溶液中，多元醇種類為乙二醇或丙三醇，體積分?jǐn)?shù)為50~75%；作為導(dǎo)電相的鹽為licl或kcl，摩爾分?jǐn)?shù)為1~2mol/l；溶液使...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何瑋頔，周穎，徐定紅，郭建兵，伍宏明，宋季嶺，
申請(專利權(quán))人：貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。