一种丙烯酰胺聚合方法及其聚丙烯酰胺有机凝胶与应用

本发明属于高分子材料加工，具体涉及一种丙烯酰胺聚合方法及其聚丙烯酰胺有机凝胶与应用。

背景技术：

1、聚丙烯酰胺凝胶是一种人工合成凝胶，通常是丙烯酰胺单体与甲叉双丙烯酰胺交联剂在催化剂四甲基乙二胺和氧化剂过硫酸铵作用下聚合形成，是实验室用作凝胶电泳的材料，也被用作增稠剂、絮凝剂、减阻剂。此外，聚丙烯酰胺还被用于导电水凝胶的研究，如专利cn 110698693 a公开的一种柔性自愈合导电水凝胶传感器及其制备方法，专利cn110845815a公开的基于聚丙烯酰胺-丝素蛋白导电水凝胶传感器的制备方法，专利cn113416318a公开的一种具有高保水性的可拉伸导电水凝胶及其制备方法。这些方法都以丙烯酰胺单体、甲叉双丙烯酰胺交联剂、四甲基乙二胺催化剂和过硫酸铵氧化剂等为原料引发聚合反应，从而与其他添加剂一起形成导电水凝胶。而水凝胶中水分蒸发，会导致水凝胶的网络结构塌陷，甚至硬化变形，失去应用性能。目前常通过使用乙二醇、甘油等有机溶剂来浸泡水凝胶，替换掉部分水溶剂，以此来改善其保水性能。现有技术中，丙烯酰胺聚合仍需要添加多种成分，得到的水凝胶存放时间不宜过长，有机溶剂替换方法可改善水凝胶的保水性，但增加了材料成本和时间成本，还会导致水凝胶结构性能出现新的问题。那么，探求一种简单高效的丙烯酰胺聚合方法并以此制备聚丙烯酰胺有机凝胶，成为基于它开发各种新材料、新产品的重要一环。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种简单高效的丙烯酰胺聚合方法，基于该方法得到的聚丙烯酰胺有机凝胶具有良好的机械性能和抗冻性，可应用于制备导电材料、导光材料、传感器和生物材料等领域。本发明提出了一种丙烯酰胺聚合新方法，利用低级多元醇和低级多元羧酸混合体系为溶剂和反应池，将丙烯酰胺粉末溶于该体系中并静置一段时间，即可发生聚合反应。该方法体系简单，反应温和可控，反应完成后即得聚丙烯酰胺有机凝胶。

2、本发明的一种丙烯酰胺聚合方法，包括如下步骤：

3、s1.将低级多元醇与低级多元羧酸混合搅拌，得到混合溶剂，所述低级多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的任意一种或几种，所述低级多元羧酸为草酸、丙二酸、酒石酸、柠檬酸中的任意一种或几种；

4、s2.向s1所得的混合溶剂中添加丙烯酰胺粉末，搅拌至丙烯酰胺溶解均匀，静置一段时间，丙烯酰胺发生聚合并得到聚丙烯酰胺有机凝胶。

5、进一步地，s1中所述低级多元醇与低级多元羧酸的质量份数比为1～10：1。

6、进一步地，s2中丙烯酰胺粉末的添加量为混合溶剂质量的10％～100％。

7、进一步地，s2中丙烯酰胺溶解均匀后，在4℃～60℃下静置5～300min。

8、本发明还提供了一种聚丙烯酰胺有机凝胶，由上述的丙烯酰胺聚合方法制备得到。

9、另外，本发明还提供了以上述的丙烯酰胺聚合方法或者聚丙烯酰胺有机凝胶用于制备柔性导电材料、导光材料、传感器以及生物材料的应用。

10、本发明的有益效果在于：

11、(1)本发明的丙烯酰胺聚合方法简单高效，所用原料为常用的低级多元醇、低级多元羧酸和丙烯酰胺，无需添加特殊的交联剂、催化剂，无挥发性有机试剂，无需高温加热，也不需要紫外光辐照，加工环境更环保、安全。

12、(2)以本发明的方法，丙烯酰胺聚合直接得到聚丙烯酰胺有机凝胶，该凝胶透明，机械性能和抗冻性良好。相比现有技术的采用聚丙烯酰胺水凝胶经有机溶剂替换水溶剂的方法而言，本发明的方法为一步法，简单高效，节省成本。

13、(3)本发明的方法具有强大的可扩展性，可在丙烯酰胺聚合反应之初引入其他功能粒子，开发功能强大的凝胶材料，用于制备柔性导电材料、导光材料、传感器和生物材料。

技术特征：

1.一种丙烯酰胺聚合方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种丙烯酰胺聚合方法，其特征在于，s1中所述低级多元醇与低级多元羧酸的质量份数比为1～10：1，所述低级多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的任意一种或几种，所述低级多元羧酸为草酸、丙二酸、酒石酸、柠檬酸中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种丙烯酰胺聚合方法，其特征在于，s2中丙烯酰胺粉末的添加量为混合溶剂质量的10％～100％。

4.根据权利要求1所述的一种丙烯酰胺聚合方法，其特征在于，s2中丙烯酰胺溶解均匀后，在4℃～60℃下静置5～300min。

5.一种由权利要求1～4任何一项所述的方法制备得到的聚丙烯酰胺有机凝胶。

6.根据权利要求1～4任何一项所述的丙烯酰胺聚合方法或权利要求5所述的聚丙烯酰胺有机凝胶用于制备柔性导电材料、导光材料、传感器和生物材料。

技术总结本发明公开了一种丙烯酰胺聚合方法及其聚丙烯酰胺有机凝胶与应用。本发明利用低级多元醇和低级多元羧酸混合体系为溶剂和反应池，使丙烯酰胺粉末溶解并静置，即可发生聚合反应，并直接生成聚丙烯酰胺有机凝胶。本发明的丙烯酰胺聚合方法体系简单，无需特殊的交联剂、催化剂和氧化剂，无挥发性有机化合物，无需紫外线辐照引发反应，制备方法简单、环保、安全。制备的聚丙烯酰胺有机凝胶透明有弹性，可应用于柔性导电材料、导光材料、传感器和生物材料等领域。技术研发人员：汪涛,蔡梦瑶,陈磊受保护的技术使用者：西南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12