一種高強韌離子凝膠及其制備方法

本發(fā)明屬于高強韌聚合物材料，具體涉及一種高強韌離子凝膠及其制備方法。所述的離子凝膠為一種具有抗沖擊、抗穿刺和抗子彈的高強韌有機離子凝膠。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著科技的不斷進(jìn)步和人們對高性能材料需求的增加，高強韌聚合物材料逐漸受到廣泛關(guān)注。高強韌聚合物材料不僅在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，還在柔性電子、醫(yī)療設(shè)備以及防護(hù)材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。其中，離子凝膠作為一種新型功能材料，因其優(yōu)異的機械性能、柔韌性以及良好的導(dǎo)電性，成為研究的熱點。然而，傳統(tǒng)的凝膠在強度和韌性方面仍存在諸多不足，限制了其在高要求應(yīng)用場景中的使用。

2、傳統(tǒng)水凝膠因其優(yōu)良的生物相容性和簡單的制備工藝，廣泛應(yīng)用于醫(yī)用敷料和組織工程等領(lǐng)域。然而，水凝膠的機械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差?，F(xiàn)有技術(shù)中，公開號為cn114350080a的中國專利公開了一種水凝膠傳感器及其制備方法，通過在水凝膠表面構(gòu)筑微結(jié)構(gòu)，提升了對微弱壓力的靈敏度，但在力學(xué)性能和抗沖擊能力方面仍存在不足。

3、從目前所公開的專利來看，同時具有優(yōu)異機械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的高強韌離子凝膠材料研究還較少。開發(fā)具有高強韌性的離子凝膠材料，不僅能夠進(jìn)一步推動其在防彈材料和柔性電子設(shè)備中的應(yīng)用，還能滿足更多領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系钠惹行枨蟆?/p>

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種創(chuàng)新的凝膠強化策略，通過在聚乙烯醇基質(zhì)中引入乙二醇，并采用低溫冷凍結(jié)晶和離子液體鹽析處理，顯著提升了凝膠的強度和韌性。通過對制備工藝和性能的系統(tǒng)研究，為高性能離子凝膠材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了新的思路和技術(shù)支持。

2、具體來說，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種高強韌性離子凝膠，所述的高強韌離子凝膠是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160攝氏度下聚合，并在-80~-20攝氏度下冷凍結(jié)晶，最后在0~100攝氏度下固定-鹽析/直接-鹽析得到的產(chǎn)物。

4、進(jìn)一步地，所述的高強韌離子凝膠是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160攝氏度（例如，70攝氏度、75攝氏度、80攝氏度、85攝氏度、90攝氏度、95攝氏度、100攝氏度、105攝氏度、110攝氏度、115攝氏度、120攝氏度、125攝氏度、130攝氏度、135攝氏度、140攝氏度、145攝氏度、150攝氏度、155攝氏度或160攝氏度）下聚合，再在-80~-20攝氏度（例如，-80攝氏度、-75攝氏度、-70攝氏度、-60攝氏度、-50攝氏度、-40攝氏度、-30攝氏度或-20攝氏度）下冷凍結(jié)晶得到的產(chǎn)物。

5、一種制備如上任一所述的高強韌離子凝膠的制備方法，所述方法包括以下步驟：

6、a）將聚乙烯醇和乙二醇在70~160攝氏度下攪拌1~6小時混合均勻，得到混合溶液；

7、b）將步驟a）所得混合溶液倒入模具中，并在-80~-20攝氏度下冷凍1~72小時，得到有機離子凝膠；

8、c）將步驟b）中的有機離子凝膠放入1~400毫升離子液體中進(jìn)行固定-鹽析或直接-鹽析，得到高強韌離子凝膠。

9、進(jìn)一步地，步驟a）中，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為1~50：1。例如，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、11：1、12：1、13：1、14：1、15：1、16：1、17：1、18：1、19：1、20：1、30：1、40：1或50：1。

10、進(jìn)一步地，步驟c）中，所述離子液體是氨基酸鹽離子液體、咪唑鹽離子液體、吡啶鹽離子液體或磷脂鹽離子液體；優(yōu)選地，所述離子液體是咪唑鹽離子液體；優(yōu)選地，所述離子液體是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽。

11、進(jìn)一步地，步驟c）中，所述的高強韌離子凝膠的固定-鹽析是通過將凝膠拉伸0%~500%后，用夾子固定在亞克力板上放入離子液體中進(jìn)行的。

12、進(jìn)一步地，步驟c）中，所述的高強韌離子凝膠的直接-鹽析是通過將凝膠直接放入離子液體進(jìn)行的。

13、進(jìn)一步地，步驟c）中，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為1~40：1；優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為10：1；優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為20：1；再優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為30：1；更優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為40：1。

14、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠具有出色的力學(xué)性能，強度達(dá)到27.74?兆帕，是鹽析前的15.4倍，韌性達(dá)到133.96?兆帕/立方米，是鹽析前的24.3倍。

15、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠，最大靜態(tài)穿刺力為110.31牛/米，最大穿刺能量為1.40焦/米。

16、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠，最大動態(tài)穿刺力為259.31牛/米，最大穿刺能量為2.93焦/米。

17、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠，是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160攝氏度下聚合，再在-20~-80攝氏度下冷凍結(jié)晶，最后在0~100攝氏度下固定-鹽析/直接-鹽析得到的產(chǎn)物。

18、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠的固定-鹽析是通過將凝膠拉伸0%~500%后，用夾子固定在亞克力板上放入離子液體中進(jìn)行的。

19、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠的直接-鹽析是通過將凝膠直接放入離子液體進(jìn)行的。

20、在本發(fā)明的一個實施方案中，一種高強韌離子凝膠具體指的是具有抗沖擊、抗穿刺和抗子彈的高強韌有機離子凝膠，其制備方法，包括如下步驟：

21、（1）將聚乙烯醇和乙二醇在70~160攝氏度下攪拌1~6小時混合均勻，得到混合溶液；

22、（2）將步驟1）所得混合物倒入模具中，并在-80~-20攝氏度下冷凍1~72小時，得到有機離子凝膠；

23、（3）將步驟2）中的有機離子凝膠放入1~400毫升離子液體中進(jìn)行固定-鹽析或直接-鹽析，得到高強韌離子凝膠。

24、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為1~50：1；優(yōu)選地，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為20：1；優(yōu)選地，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為10：1；再優(yōu)選地，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為20：3；更優(yōu)選地，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為5：1；更優(yōu)選地，所述乙二醇與所述聚乙烯醇的質(zhì)量比為4：1。

25、在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的高強韌離子凝膠，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為1~40：1；優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為10：1；優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為20：1；再優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為30：1；更優(yōu)選地，所述離子液體與所述有機凝膠的體積比為40：1。

26、有益效果：

27、本發(fā)明公開了一種高強韌離子凝膠及其制備方法，所制備的高強韌離子凝膠具有出色的力學(xué)性能，包括強度達(dá)到27.74?兆帕和韌性達(dá)到133.96兆帕/立方米，分別是鹽析前的15.4倍和24.3倍；最大靜態(tài)穿刺力為110.31牛/米，最大穿刺能量為1.40焦/米；最大動態(tài)穿刺力為259.31牛/米，最大穿刺能量為2.93焦/米。