[发明专利]一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)将水性聚氨酯、表面活性剂助剂和吡咯单体在室温下搅拌，混合均匀，得到混合液；2)将氧化剂加入步骤1)得到的混合液中，搅拌均匀后，静置反应，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。该方法中吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中一锅法进行，不需要预先制备高分子凝胶，制备过程简单，反应条件温和，无需额外添加溶剂，绿色环保，成本低，易于工业化生产；所得复合凝胶具有可压缩性与导电性，而且复合凝胶的导电能力随着复合凝胶受力不同而发生改变，在柔性传感领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于聚合物复合凝胶领域，具体涉及一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。

背景技术

近年来具有三维网络结构的导电水凝胶作为一种新型水凝胶倍受重视，导电水凝胶通常由导电高分子材料与水凝胶基体两部分构成，在导电水凝胶的各自组份保留了各自的独特性能。但是目前大多数导电水凝胶的力学强度较差，导电性较低，难以满足实际应用的要求。聚吡咯作为一种导电高分子材料备受大家的关注，具有可逆氧化还原性，可控掺杂脱掺杂，导电性良好、易于合成等优点，在众多领域已经得到应用，如能源材料、气敏电极、电致变色、生物医学传感器等。但是由于聚吡咯高分子的主链是刚性的，链与链之间相互作用较强，因而得到的聚吡咯通常是粉末或二维结构，聚吡咯不溶不熔，难以加工，很难成为三维结构，很大程度上限制了聚吡咯的进一步应用。因此，如果将导电聚吡咯制成导电水凝胶，既可以解决聚吡咯的加工性问題，又可以兼具水凝胶良好的机械性能与溶胀性能，由此提高聚吡咯的物理化学性能。

聚吡咯高分子复合凝胶既具有聚吡咯的导电性，又具有高分子材料材料的力学性能。主要制备方法是将吡咯单体或氧化剂渗透到预先得到的高分子凝胶内部，再在高分子凝胶内部的吡咯的氧化聚合得到聚吡咯高分子复合凝胶。中国发明专利CN108587023A公开了一种聚吡咯导电水凝胶的制备方法，先将高分子凝胶置于引发剂溶液中，引发剂进入水凝胶的孔隙，再将浸泡过引发剂的水凝胶置于吡咯的有机溶液中，进行界面聚合得到聚吡咯导电水凝胶。但此方法中合成的聚吡咯大部分分布在凝胶表明，难以进入凝胶内部。中国发明专利CN109912816A公开了一种聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶的制备方法，采用具有毒性的氮丙啶交联剂作为凝胶的交联试剂，先将吡咯单体、水性聚氨酯与氮丙啶交联剂混合后升温，制备含有吡咯单体的聚氨酯水凝胶，再将它浸泡在三氯化铁溶液中反应，得到聚吡咯/聚氨酯复合导电水凝胶；但是需要利用有一定毒性的交联剂先制备聚氨酯水凝胶，然后再得到聚吡咯/聚氨酯复合水凝胶，工艺更复杂，且不绿色环保。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶及其制备方法。该方法中吡咯的氧化聚合在水性聚氨酯溶液中一锅法进行，不需要预先制备高分子凝胶，制备过程简单，反应条件温和，无需额外添加溶剂，绿色环保，成本低，易于工业化生产；所得复合凝胶具有可压缩性与导电性，而且复合凝胶的导电能力随着复合凝胶受力不同而发生改变，在柔性传感领域有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

提供一种具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将水性聚氨酯、表面活性剂助剂和吡咯单体在室温下搅拌，混合均匀，得到混合液；

2)将氧化剂加入步骤1)得到的混合液中，搅拌均匀后，静置反应，得到具有压缩传感性能的聚氨酯聚吡咯复合凝胶。

按上述方案，所述步骤1)中，搅拌时间为1-2h。

按上述方案，所述步骤1)中，表面活性剂助剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

按上述方案，按质量份数计，水性聚氨酯1-5份，表面活性剂助剂1-5份，吡咯单体1-5份，氧化剂1-5份。

按上述方案，所述步骤2)中，氧化剂为过硫酸铵或过硫酸钠。