專利名稱：高強度離子液凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子化合物的制備方法，尤其涉及一種非水介質(zhì)的高強度凝 膠的制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠作為一種能夠在水中溶脹的交聯(lián)網(wǎng)狀聚合物，其特有的水環(huán)境為細 胞生長、繁殖提供了可能性，因而被廣泛應(yīng)用于新生物材料研究和開發(fā)領(lǐng)域， 如藥物控制釋放、蛋白質(zhì)吸附、酶固定、循環(huán)吸附、生物分離、人工肌肉等。
但溶劑水0 10(TC的沸程范圍和水環(huán)境的必要條件限制了凝膠作為一種新功能 材料在生物材料之外的應(yīng)用。離子液體與一般溶劑相比具有許多獨特的性質(zhì)， 如完全由陰陽離子組成、熱穩(wěn)定性好、幾乎沒有蒸氣壓、電導(dǎo)率高以及電化學(xué) 窗口寬等，目前已被廣泛應(yīng)用到化學(xué)合成和電化學(xué)等方面。在有機高分子材料 中引入離子液體制備出的離子液凝膠新材料，與普通水凝膠相比，除具備水凝 膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和環(huán)境響應(yīng)性外，離子液體本身良好的穩(wěn)定性和較強的導(dǎo)電性賦 予凝膠材料一些新功能。已有研究表明離子液凝膠不但可用于新型太陽能電池， 鋰電池，超級電容器，人工肌肉和電致變色裝置等領(lǐng)域，而且還可作為功能膜 材料用于催化反應(yīng)、氣體分離和微波吸收，以及作為生物傳感器用于檢測葡萄 糖、多巴胺等生物分子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強度離子液凝膠的制備 方法。
它是將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑加入離子液體中進行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)溫 度為50 80'C，聚合反應(yīng)時間為6 12小時，第一單體占總單體的質(zhì)量百分比 為70 100%，第二單體占總單體的質(zhì)量百分比為0 30%，單體在離子液體中 的質(zhì)量百分比濃度為5 30%，引發(fā)劑為偶氮類或有機過氧化物類，引發(fā)劑用量 為單體質(zhì)量的0.01 0.5%，交聯(lián)劑為N,N-亞甲基丙烯酰胺，二烯丙基胺或雙丙 烯酸乙二醇酯，交聯(lián)劑的用量為單體質(zhì)量的0.1 1%，得到高強度離子液凝膠。
所述的第一單體為甲基丙烯酸甲酯、2-羥乙基甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺。 第二單體為2-羥乙基甲基丙烯酸酯，2-羥丙基甲基丙烯酸酯或N-異丙基丙烯 酰胺。離子液體為由陽離子和陰離子構(gòu)成的化合物。陽離子為烷基咪唑離子， 烷基取代基是H或C1 C8的垸基。陰離子包括BF4-、 PF4-、 Cl-或Br-。偶氮類引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈，有機過氧化物類引發(fā)劑為過氧化二 苯甲酰、過硫酸銨或過硫酸鉀。高強度離子液凝膠為交聯(lián)網(wǎng)狀均聚物或共聚物。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1) 所采用的溶劑為離子液體，無毒、無揮發(fā)性，熔點范圍寬，是適應(yīng)各種
環(huán)境條件的綠色溶劑；
2) 采用離子液體為溶劑，化學(xué)穩(wěn)定性好、電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口寬；
3) 采用離子液體為溶劑，對大量無機物和有機物均具有良好的溶解能力， 利于獲得具有智能、環(huán)境響應(yīng)等各種功能的離子液凝膠；
4) 采用離子液體為溶劑，可提高聚合反應(yīng)的催化活性、轉(zhuǎn)化率、選擇性和 穩(wěn)定性，利于得到結(jié)構(gòu)可控的目標產(chǎn)物。
具體實施方式
實施例1
配制含5.355g 2-羥乙基甲基丙烯酸酯和0.0164g偶氮二異丁腈的 [BMIm]BF4溶液5mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃片和 2mm厚硅橡膠板制成的容器中，50'C條件下反應(yīng)12h，即得到高強度的離子液 凝膠。將合成的凝膠切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗 機上進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。 每個試樣進行5次平行實驗，結(jié)果取平均值。 實施例2
配制含4.71g甲基丙烯酸甲酯和0.0164g偶氮二異庚腈的[BMIm]PF6溶液 5mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃片和2mm厚硅橡膠板制 成的容器中，8(TC條件下反應(yīng)6h，即得到高強度的離子液凝膠。將合成的凝膠 切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進行壓縮測試。 壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個試樣進行5次 平行實驗，結(jié)果取平均值。 實施例3
配制含0.0385gN,N-亞甲基丙烯酰胺、0.0041g過氧化二苯甲酰和1.777g丙 烯酰胺的[BMIm]Cl溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻 璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護7(TC下反應(yīng)8小時后獲得離子液 凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上 進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每 個試樣進行5次平行實驗，結(jié)果取平均值。實施例4
配制含0.0164g偶氮二異丁腈、0.6507g 2-羥丙基甲基丙烯酸酯和7.108g丙 烯酰胺的[BMIm]Br溶液25mL,高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻 璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護5(TC下反應(yīng)12小時后獲得離子 液凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機 上進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。 每個試樣進行5次平行實驗，結(jié)果取平均值。 實施例5
配制含0.145g 二烯丙基胺、0.0728g過氧化二苯甲酰和14.57g丙烯酰胺的 [BMIm]Cl溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃片和2mm 厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護7(TC下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝膠產(chǎn)物。 將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進行壓縮測 試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個試樣進行 5次平行實驗，結(jié)果取平均值。 實施例6
配制含0.1156gN,N-亞甲基丙烯酰胺、0.0123g過硫酸銨、0.2665gN-異丙基 丙烯酰胺和5.33 lg丙烯酰胺的[BMIm]Cl溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用 注射器加入由兩片玻璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護70'C下反應(yīng) 8小時后獲得離子液凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在 萬能材料試驗機上進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時 壓縮自動停止。每個試樣進行5次平行實驗，結(jié)果取平均值。 實施例7
配制含0.0385gN，N-亞甲基丙烯酰胺、0.0041g偶氮二異丁腈和1.777g丙烯 酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃 片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護70'C下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝 膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進 行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于卯％壓縮比時壓縮自動停止。每個 試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為lMPa。 實施例8
配制含0.1156gN，N-亞甲基丙烯酰胺、0.0123g偶氮二異丁腈和5.331g丙烯 酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃 片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護7(TC下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進 行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個 試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為3.6MPa。 實施例9
配制含0.1927gN，N-亞甲基丙烯酰胺、0.0205g偶氮二異丁腈和8.885g丙烯 酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃 片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護7(TC下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝 膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進 行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個 試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為30MPa。 實施例10
配制含0.0164g偶氮二異丁腈、7.108g丙烯酰胺的[BMIm]Br溶液25mL， 高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容 器，氮氣保護70'C下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm 厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進行壓縮測試。壓縮速度10%厚 度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個試樣進行5次平行實驗，其平均 抗壓強度為17MPa。 實施例11
配制含0.1542gN,N-亞甲基丙烯酰胺、0.0164g偶氮二異丁腈和7.108g丙烯 酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻璃 片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護70。C下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝 膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進 行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每個 試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為19MPa。 實施例12
配制含0.0164g偶氮二異丁腈、0.6507g 2-羥乙基甲基丙烯酸酯和7.108g丙 烯酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡30min后用注射器加入由兩片玻 璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護7(TC下反應(yīng)8小時后獲得離子液 凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的圓柱形樣品在萬能材料試驗機上 進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于90%壓縮比時壓縮自動停止。每 個試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為9MPa。 實施例13配制含(U542g N,N-亞甲基丙烯酰胺、0.0164g偶氮二異亍腈、0.6507g 2-羥乙基甲基丙烯酸酯和7.108g丙烯酰胺的[BMIm]Br溶液25mL，高純氮氣鼓泡 30min后用注射器加入由兩片玻璃片和2mm厚硅橡膠板制成的容器，氮氣保護 70。C下反應(yīng)8小時后獲得離子液凝膠產(chǎn)物。將其切成直徑10mm厚4 7mm的 圓柱形樣品在萬能材料試驗機上進行壓縮測試。壓縮速度10X厚度/min，大于 90%壓縮比時壓縮自動停止。每個試樣進行5次平行實驗，其平均抗壓強度為 15MPa。
權(quán)利要求
1. 一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑加入離子液體中進行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)溫度為50～80℃，聚合反應(yīng)時間為6～12小時，第一單體占總單體的質(zhì)量百分比為70～100％，第二單體占總單體的質(zhì)量百分比為0～30％，單體在離子液體中的質(zhì)量百分比濃度為5～30％，引發(fā)劑為偶氮類或有機過氧化物類，引發(fā)劑用量為單體質(zhì)量的0.01～0.5％，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基丙烯酰胺，二烯丙基胺或雙丙烯酸乙二醇酯，交聯(lián)劑的用量為單體質(zhì)量的0.1～1％，得到高強度離子液凝膠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于所 述的第一單體為甲基丙烯酸甲酯、2-羥乙基甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于所 述的第二單體為2-羥乙基甲基丙烯酸酯，2-羥丙基甲基丙烯酸酯或N-異丙基 丙烯酰胺。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于所 述的離子液體為由陽離子和陰離子構(gòu)成的化合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于所 述的陽離子為烷基咪唑離子，烷基取代基是H或C1 C8的垸基。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于所 述的陰離子包括BF4-、 PF4-、 Cl-或Br-。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于 所述的偶氮類引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈，有機過氧化物類引發(fā)劑 為過氧化二苯甲酰、過硫酸銨或過硫酸鉀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度離子液凝膠的制備方法，其特征在于 所述的高強度離子液凝膠為交聯(lián)網(wǎng)狀均聚物或共聚物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強度離子液凝膠的制備方法。將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑加入離子液體中進行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)溫度為50～80℃，聚合反應(yīng)時間為6～12小時，單體在離子液體中的質(zhì)量百分比濃度為5～30％，引發(fā)劑用量為單體質(zhì)量的0.01～0.5％，交聯(lián)劑用量為單體質(zhì)量的0.1～1％，得到高強度離子液凝膠。本發(fā)明制備的高強度離子液凝膠，其最大壓縮應(yīng)力可達30MPa，因而能克服現(xiàn)有離子液凝膠強度低、易碎，加工和形變性能差等缺點，成為一類機械強度高、彈性好、無使用環(huán)境條件限制的非水介質(zhì)型材料，為離子液凝膠在新型太陽能電池，鋰電池，超級電容器，人工肌肉和電致變色裝置等領(lǐng)域的實際大規(guī)模應(yīng)用提供了性能保證。
文檔編號C08F20/00GK101412776SQ20081016218
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者金高軍, 梅 黃 申請人:浙江大學(xué)