[发明专利]一种聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶的制备方法及其应用，采用“一锅法”的方式，将[2‑(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基‑(3‑磺酸丙基)氢氧化铵、交联剂、光引发剂、吡咯单体、掺杂酸、氧化剂溶于水中得到水凝胶前驱液，用紫外光照固化水凝胶后低温静置，待聚吡咯沿着PSBMA水凝胶网络生长得到导电聚合物网络。本发明的水凝胶显示出优秀的电学性能、机械性能。此外本发明制备过程安全简便。在可穿戴传感器、柔性生物电电极等领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，涉及一种聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶的制备方法及其应用。

技术背景

随着人们健康意识的不断觉醒以及智能材料领域的不断发展，医用传感器的发展出现了超高精度、专业化以及低成本、便携化的两种趋势，即市场对大型医用传感器的精度需求在不断提高的同时，对便于日常使用的便携式传感器的需求也在不断扩大。可穿戴传感器作为新型的便携式传感器，不仅可以进行实时的无损检测，同时还避免了传统医学传感器的体积庞大、舒适性差等问题。

对于可穿戴柔性传感器而言，生物相容性、电学性能、机械性能是重要的评价指标，如何在保证生物相容性的同时尽可能的提高电学、力学性能是目前可穿戴柔性传感器领域研究的重点问题。导电高分子水凝胶兼具水凝胶的柔性和生物相容性与导电高分子优异的电学性能，其性能匹配对于穿戴传感器的需求。

而与此同时，大多数导电聚合物水凝胶的制备使用的是先成胶后浸泡的制备方法，即先将不含导电聚合物的水凝胶前驱液固化为水凝胶，后通过浸泡溶液的方式导电聚合物沿着水凝胶网络生长，这样繁琐的方法既增加了制备水凝胶的制备难度、增加了成本，也限制了水凝胶的封装方法，影响了它们的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶的制备方法及其应用。本发明解决了浸泡法制作工艺复杂的问题，扩展了导电聚合物水凝胶的应用场景。同时本发明所述的聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶也首创了以[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(PSBMA)为聚吡咯生长模板的导电聚合物水凝胶制备方法，由于PSBMA具有极高的溶解度，该方法有利于得到高固含量、强保水能力、高导电高分子含量的复合水凝胶。

本发明的技术方案：

一种聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶的制备方法，采用一锅法，具体步骤如下：

1)将[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵、交联剂和光引发剂溶于去离子水中，充分搅拌后超声去除气泡，再加入吡咯单体、掺杂酸和氧化剂，得到水凝胶前驱液。

2)将步骤1)获得的水凝胶前驱液倒入密封模具中并进行紫外照射得到聚两性离子水凝胶。

3)将步骤2)获得的聚两性离子水凝胶静置，聚吡咯沿着水凝胶网络生长，直至聚吡咯充分聚合，得到聚吡咯/聚两性离子导电水凝胶。

所述的步骤1)中，水凝胶前驱液中各物质的质量分数如下：

[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵的质量分数为20％-50％；吡咯单体质量分数为0.5％-2％；交联剂质量分数为0.2％-1％；光引发剂的质量分数为0.2％-1％。

所述的吡咯单体、掺杂酸、氧化剂的摩尔比为1：(0.8-1.5)：(0.8-1.5)。

所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种混合。

所述的掺杂酸应为盐酸或植酸中的一种或两种混合。

所述的氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵中的一种或两种混合。

所述的光引发剂为光引发剂2959、光引发剂LAP中的一种或两种混合。