一种高强韧离子凝胶及其制备方法

本发明属于高强韧聚合物材料，具体涉及一种高强韧离子凝胶及其制备方法。所述的离子凝胶为一种具有抗冲击、抗穿刺和抗子弹的高强韧有机离子凝胶。

背景技术：

1、近年来，随着科技的不断进步和人们对高性能材料需求的增加，高强韧聚合物材料逐渐受到广泛关注。高强韧聚合物材料不仅在结构材料领域具有重要应用，还在柔性电子、医疗设备以及防护材料等领域展现出巨大潜力。其中，离子凝胶作为一种新型功能材料，因其优异的机械性能、柔韧性以及良好的导电性，成为研究的热点。然而，传统的凝胶在强度和韧性方面仍存在诸多不足，限制了其在高要求应用场景中的使用。

2、传统水凝胶因其优良的生物相容性和简单的制备工艺，广泛应用于医用敷料和组织工程等领域。然而，水凝胶的机械性能和结构稳定性较差。现有技术中，公开号为cn114350080a的中国专利公开了一种水凝胶传感器及其制备方法，通过在水凝胶表面构筑微结构，提升了对微弱压力的灵敏度，但在力学性能和抗冲击能力方面仍存在不足。

3、从目前所公开的专利来看，同时具有优异机械性能和结构稳定性的高强韧离子凝胶材料研究还较少。开发具有高强韧性的离子凝胶材料，不仅能够进一步推动其在防弹材料和柔性电子设备中的应用，还能满足更多领域对高性能材料的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明提出了一种创新的凝胶强化策略，通过在聚乙烯醇基质中引入乙二醇，并采用低温冷冻结晶和离子液体盐析处理，显著提升了凝胶的强度和韧性。通过对制备工艺和性能的系统研究，为高性能离子凝胶材料的开发和应用提供了新的思路和技术支持。

2、具体来说，本发明通过如下技术方案实现：

3、一种高强韧性离子凝胶，所述的高强韧离子凝胶是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160摄氏度下聚合，并在-80~-20摄氏度下冷冻结晶，最后在0~100摄氏度下固定-盐析/直接-盐析得到的产物。

4、进一步地，所述的高强韧离子凝胶是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160摄氏度（例如，70摄氏度、75摄氏度、80摄氏度、85摄氏度、90摄氏度、95摄氏度、100摄氏度、105摄氏度、110摄氏度、115摄氏度、120摄氏度、125摄氏度、130摄氏度、135摄氏度、140摄氏度、145摄氏度、150摄氏度、155摄氏度或160摄氏度）下聚合，再在-80~-20摄氏度（例如，-80摄氏度、-75摄氏度、-70摄氏度、-60摄氏度、-50摄氏度、-40摄氏度、-30摄氏度或-20摄氏度）下冷冻结晶得到的产物。

5、一种制备如上任一所述的高强韧离子凝胶的制备方法，所述方法包括以下步骤：

6、a）将聚乙烯醇和乙二醇在70~160摄氏度下搅拌1~6小时混合均匀，得到混合溶液；

7、b）将步骤a）所得混合溶液倒入模具中，并在-80~-20摄氏度下冷冻1~72小时，得到有机离子凝胶；

8、c）将步骤b）中的有机离子凝胶放入1~400毫升离子液体中进行固定-盐析或直接-盐析，得到高强韧离子凝胶。

9、进一步地，步骤a）中，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为1~50：1。例如，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为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、进一步地，步骤c）中，所述离子液体是氨基酸盐离子液体、咪唑盐离子液体、吡啶盐离子液体或磷脂盐离子液体；优选地，所述离子液体是咪唑盐离子液体；优选地，所述离子液体是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

11、进一步地，步骤c）中，所述的高强韧离子凝胶的固定-盐析是通过将凝胶拉伸0%~500%后，用夹子固定在亚克力板上放入离子液体中进行的。

12、进一步地，步骤c）中，所述的高强韧离子凝胶的直接-盐析是通过将凝胶直接放入离子液体进行的。

13、进一步地，步骤c）中，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为1~40：1；优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为10：1；优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为20：1；再优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为30：1；更优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为40：1。

14、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶具有出色的力学性能，强度达到27.74 兆帕，是盐析前的15.4倍，韧性达到133.96 兆帕/立方米，是盐析前的24.3倍。

15、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶，最大静态穿刺力为110.31牛/米，最大穿刺能量为1.40焦/米。

16、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶，最大动态穿刺力为259.31牛/米，最大穿刺能量为2.93焦/米。

17、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶，是由乙二醇和聚乙烯醇在70~160摄氏度下聚合，再在-20~-80摄氏度下冷冻结晶，最后在0~100摄氏度下固定-盐析/直接-盐析得到的产物。

18、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶的固定-盐析是通过将凝胶拉伸0%~500%后，用夹子固定在亚克力板上放入离子液体中进行的。

19、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶的直接-盐析是通过将凝胶直接放入离子液体进行的。

20、在本发明的一个实施方案中，一种高强韧离子凝胶具体指的是具有抗冲击、抗穿刺和抗子弹的高强韧有机离子凝胶，其制备方法，包括如下步骤：

21、（1）将聚乙烯醇和乙二醇在70~160摄氏度下搅拌1~6小时混合均匀，得到混合溶液；

22、（2）将步骤1）所得混合物倒入模具中，并在-80~-20摄氏度下冷冻1~72小时，得到有机离子凝胶；

23、（3）将步骤2）中的有机离子凝胶放入1~400毫升离子液体中进行固定-盐析或直接-盐析，得到高强韧离子凝胶。

24、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为1~50：1；优选地，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为20：1；优选地，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为10：1；再优选地，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为20：3；更优选地，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为5：1；更优选地，所述乙二醇与所述聚乙烯醇的质量比为4：1。

25、在本发明的一个实施方案中，所述的高强韧离子凝胶，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为1~40：1；优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为10：1；优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为20：1；再优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为30：1；更优选地，所述离子液体与所述有机凝胶的体积比为40：1。

26、有益效果：

27、本发明公开了一种高强韧离子凝胶及其制备方法，所制备的高强韧离子凝胶具有出色的力学性能，包括强度达到27.74 兆帕和韧性达到133.96兆帕/立方米，分别是盐析前的15.4倍和24.3倍；最大静态穿刺力为110.31牛/米，最大穿刺能量为1.40焦/米；最大动态穿刺力为259.31牛/米，最大穿刺能量为2.93焦/米。