一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法
【專利摘要】一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，將丙烯酸類單體加入咪唑類離子液體中，再加入丙烯酸交聯(lián)劑和光引發(fā)劑，攪拌充分混合，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射1-10小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠；本發(fā)明通過在離子液體中原位交聯(lián)丙烯酸類單體將離子液體固化而制備一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠，方法簡單可控，與傳統(tǒng)的離子液體固化方法相比，其制備出的離子液體凝膠的拉伸模量（2-50kPa）和拉伸應變（伸長率為3-22倍）可調(diào)，拓寬了離子液體作為生物材料、能量儲存材料和驅(qū)動器材料等的應用范圍。
【專利說明】一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及離子液體和高分子聚合物制備技術2領域，特別涉及一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法。
【背景技術】
[0002]作為一種“綠色溶劑”，離子液體由于其具有不揮發(fā)性(幾乎無飽和蒸汽壓)，不可燃性、熱穩(wěn)定性和高的電導率等優(yōu)點而引起了人們的廣泛關注。離子液體主要應用于電解質(zhì)(如鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池)、功能膜材料(如分離膜、催化膜)和生物傳感器(如檢測葡萄糖和多巴胺)等領域。然而大多數(shù)離子液體在常溫下都是液體的，在實際應用中受到很多限制。將離子液體固化不但可更好的發(fā)揮離子液體的作用，而且可拓展其應用范圍，所以如何將離子液體固化是實際應用中需要解決的關鍵問題。
[0003]制備離子液體凝膠是固化離子液體的一種有效方法，目前關于制備離子液體凝膠的方法主要有在離子液體中原位聚合乙烯基單體形成凝膠，以及將離子液體自身交聯(lián)形成凝膠兩種方式。但是目前報道的大多數(shù)離子液體凝膠的力學性能較弱，伸長率較低，此外，彈性模量較高(>100kPa)，與軟材料的模量不匹配，依附性較差，從而限制了其作為生物材料、能量儲存材料和驅(qū)動器材料等的應用。為了更好的發(fā)揮離子液體的作用，拓寬離子液體的應用領域，本發(fā)明通過在離子液體中原位交聯(lián)聚合丙烯酸類單體，將離子液體固化而制備得到了一種高伸長率及彈性模量可調(diào)性能的離子液體凝膠，該材料有望拓寬離子液體的應用領域。
[0004]目前報道的有關研究具有可拉伸及彈性模量可調(diào)性能的離子液體凝膠的制備方法有以下三例。
[0005]S Saricilar 等(Electrochem Commun, 2013, 32:47-50)用甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate, MMA)為單體，聚乙二醇二丙烯酸酯(poly (ethylene glycol)diacrylate, PEGDA,平均分子量285g/mol)為交聯(lián)劑，過氧化甲乙酮(methyl ethylketone peroxide)為光催化劑,在(1-乙基_3_甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺(l_ethyl_3-methylimidazoliumbis (trif luoromethanesulfonyl) imide, [C2mlm] [TFSI])離子液體中通過自由基聚合生成了拉伸模量在130-470kPa，拉伸應變約6倍的離子液體凝膠。
[0006]K Fujii 等(Soft Matter, 2012, 8:1756-1759)將四臂聚乙二醇(tetra-armpoly (ethylene glycol)，Tetra-PEG)與 1-乙基 _3_ 甲基咪唑雙(氟磺酰)亞胺(l_ethyl_3-methylimidazoliumbis (trif luoromethanesulfonyl) amide, [C2mlm] [TFSA])離子液體混合后制備出拉伸模量為2.8-7.7kPa，拉伸應變在3.8-4.7倍的離子液體凝膠。
[0007]AF Visentin 等(ACS Appl.Mater.1nterfaces, 2012，4:2836-2839)將聚乙二醇二丙烯酸酯(poly (ethylene glycol) diacrylate, PEGDA,平均分子量 575g/mol)作為前驅(qū)體，2_ 羥基-2-甲基苯丙麗(2-hydroxy-2_methylpropiophenone，Η0ΜΡΡ)為光引發(fā)劑，1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲橫酸)亞胺(l-ethyl-3-methylimidazoliumbis (trif Iuoromethanesulfonyl) imide, [C2mlm] [TFSI])為離子液體,通過原位交聯(lián)聚合制備了壓縮模量為2X 10_3-15MPa，最大壓縮應變?yōu)?.4倍的離子液體凝膠。
[0008]以上三例離子液體凝膠雖然都可歸為具有可拉伸和彈性模量可調(diào)性能的離子液體凝膠，但是其應變范圍較小，遠遠不能滿足對具有高伸長率及彈性模量可調(diào)性能的軟彈性材料的要求。為了更好的發(fā)揮離子液體以及離子液體凝膠的作用，拓寬離子液體的應用領域，高伸長率的軟彈性離子液體凝膠的制備需求相當迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，將丙烯酸類單體加入離子液體中，再加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑，通過自由基聚合就可制備離子液體凝膠，與傳統(tǒng)的離子液體凝膠相比，本發(fā)明制備出的離子液體凝膠的拉伸模量(2-50kPa)和拉伸應變(伸長率為3-22倍)可調(diào)，拓寬了離子液體作為生物材料、能量儲存材料和驅(qū)動器材料等的應用范圍。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0011]一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，將相對于離子液體4-60wt%的丙烯酸類單體加入咪唑類離子液體中，再加入相對于丙烯酸0.001-5.0wt%的交聯(lián)劑和相對于丙烯酸0.01-2.0wt%的光引發(fā)劑，攪拌充分混合，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
[0012]所述的交聯(lián)劑為聚乙二醇類交聯(lián)劑，如聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、四臂聚乙二醇丙烯酸酯、四臂聚乙二醇甲基丙烯酸酯，平均分子量200-10000g/mo I ；
[0013]所述的光引發(fā)劑為光裂解型引發(fā)劑，包括2-羥基-甲基苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-甲基-2- (4-嗎啉基)-1-[4_ (甲硫基)苯基]-1-丙酮或α-酮戊二酸。
[0014]所述的咪唑類離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、1-甲基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯或1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯。
[0015]本發(fā)明的特點和優(yōu)點:
[0016]本發(fā)明提供了一種新的固化離子液體的方法，通過在離子液體中原位交聯(lián)丙烯酸類單體將離子液體固化而制備一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。本發(fā)明方法簡單可控，與傳統(tǒng)的離子液體固化方法相比，其制備出的離子液體凝膠的拉伸模量(2-50kPa)和拉伸應變(伸長率為3-22倍)可調(diào)，拓寬了離子液體作為生物材料、能量儲存材料和驅(qū)動器材料等的應用范圍。
【具體實施方式】
[0017]實施例一:
[0018]將相對于離子液體4_15wt%的丙烯酸類單體一丙烯酸加入到1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體3-5wt%的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體l_2wt%的2-羥基-2-甲基苯丙酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。[0019]該實例制備的離子液體凝膠的模量在2.0-8.0kPa，應變可以達到3_10倍，斷裂應力在 5-15kPa。
[0020]實施例二:
[0021]將相對于離子液體15_20wt%的丙烯酸類單體一甲基丙烯酸加入到1-甲基-3-甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.1-0.5wt%的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體0.1-1被％的1-羥基環(huán)己基苯基甲酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
[0022]該實例制備的離子液體凝膠的模量在5_14kPa，應變可以達到8_15倍，斷裂應力在 30-50kPa。
[0023]實施例三:
[0024]將相對于離子液體20_35wt%的丙烯酸類單體一丙烯酸加入到1_ 丁基_3_甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.05-0.2wt%的四臂聚乙二醇丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體l_2wt%的2-甲基-2- (4-嗎啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射1-10小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
[0025]該實例制備的離子液體凝膠的模量在12_20kPa，應變可以達到10_20倍，斷裂應力在 40_80kPa。
[0026]實施例四:
[0027]將相對于離子液體35_60wt%的丙烯酸類單體一甲基丙烯酸加入到1_ 丁基_3_甲基咪唑硫酸甲酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.001-0.01wt%的四臂聚乙二醇甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體0.01-0.1被％的α-酮戊二酸，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
[0028]該實例制備的離子液體凝膠的模量在18_30kPa，應變可以達到18_35倍，斷裂應力在 75_l30kPa。
[0029]前述實例說明了根據(jù)本發(fā)明提供的方法可以制備出一系列拉伸性能及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。本領域的技術人員依據(jù)上述方案做出非本質(zhì)的調(diào)整和改進均屬于本案的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，其特征在于，將相對于離子液體4-60wt%的丙烯酸類單體加入咪唑類離子液體中，再加入相對于丙烯酸0.001-5wt%的交聯(lián)劑和相對于丙烯酸0.01-2wt%的光引發(fā)劑，攪拌充分混合，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板磨具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠； 所述的交聯(lián)劑為聚乙二醇類交聯(lián)劑，如聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、四臂聚乙二醇丙烯酸酯、四臂聚乙二醇甲基丙烯酸酯，平均分子量200-10000g/mol ； 所述的光引發(fā)劑為光裂解型引發(fā)劑，包括2-羥基-甲基苯基丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-甲基-2- (4-嗎啉基)-l-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮或α -酮戊二酸； 所述的咪唑類離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、1-甲基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯或1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，其特征在于， 將相對于離子液體4-15wt%的丙烯酸類單體一丙烯酸加入到1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體3-5wt%的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體l_2wt%的2-羥基-2-甲基苯丙酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，其特征在于，將相對于離子液體15-20被％的丙烯酸類單體一甲基丙烯酸加入到1-甲基-3-甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.1-0.5wt%的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體0.1-1被％的1-羥基環(huán)己基苯基甲酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射1-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，其特征在于，將相對于離子液體20-35wt%的丙烯酸類單體一丙烯酸加入到1- 丁基-3-甲基咪唑硫酸乙酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.05-0.2wt%的四臂聚乙二醇丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體l_2wt%的2-甲基-2-(4-嗎啉基)-1_ [4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射1-10小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠制備方法，其特征在于，將相對于離子液體35-60被％的丙烯酸類單體一甲基丙烯酸加入到1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯離子液體中，再加入相對于丙烯酸類單體0.001-0.01wt%的四臂聚乙二醇甲基丙烯酸酯和相對于丙烯酸類單體0.01-0.lwt%的α -酮戊二酸，攪拌充分混合后，倒入夾有硅膠墊片的玻璃板模具中，放在紫外交聯(lián)儀中紫外輻射ι-?ο小時，即可得到一種高伸長率及彈性模量可調(diào)的離子液體凝膠。
【文檔編號】C08F283/06GK103788284SQ201410024886
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】陳詠梅, 魯晶晶, 楊建海 申請人:西安交通大學