一种利用过渡金属和维生素C双催化体系合成的凝胶及其制备方法与流程

一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明属于凝胶技术领域，尤其涉及一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶及其制备方法。


背景技术：

[0002]
由于可拉伸和导电水凝胶在组织工程，传感和可穿戴电子产品中的应用，得到了快速发展。但是，由于水的凝固和蒸发，大多数水凝胶无法在低温或高温下工作，传统的改进策略涉及使用化学交联剂和有毒的有机溶剂，在紫外线或高温条件下进行聚合，这既复杂又费时，限制了水凝胶的大规模应用。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶及其制备方法，该方法制备的凝胶能在极端温度下具有良好的导电性。
[0004]
本发明提供了一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0005]
a)、将低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c混合均匀，得到溶液a；所述低共熔溶剂中包括甜菜碱和醇类化合物；
[0006]
b)、将丙烯酸、引发剂、溶液a、溶液b和低共熔溶剂混合，反应，得到凝胶。
[0007]
优选地，所述步骤a)中低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c的质量比为9.6～9.8：0.28～0.32：0.01。
[0008]
优选地，所述步骤b)中反应的温度为0～30℃，时间为1～3min。
[0009]
优选地，所述步骤a)中过渡金属盐选自氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锌、硫酸铁和硝酸铁中的一种或多种。
[0010]
优选地，所述步骤a)中醇类化合物选自乙二醇和/或甘油。
[0011]
优选地，所述步骤a)中甜菜碱和醇类化合物的摩尔比为1：2.5～3.5。
[0012]
优选地，所述步骤b)中丙烯酸的体积、引发剂的质量、溶液a的质量、溶液b的体积和低共熔溶剂的质量比为2.7ml：(0.038～0.042)g：(1～2)g:(0.25～2)ml:(5～6)g。
[0013]
本发明提供了一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶，由上述技术方案所述制备方法制得。
[0014]
本发明提供的方法通过过渡金属盐和维生素c的双催化体系引发丙烯酸单体的快速聚合，同时采用甜菜碱和醇类化合物组成的低共熔溶剂，使得凝胶在极端温度(低温和高温)条件下良好的导电性。实验结果表明：des凝胶在0℃至90℃之间的电导率为0.1sm-1
至1.3s m-1
。
附图说明
[0015]
图1为本发明实施例1制备凝胶过程的机理图；
[0016]
图2为本发明实施例1制备得到的凝胶在不同温度下的电导率图；
[0017]
图3为本发明实施例1制备凝胶在传感方面的应用图。
具体实施方式
[0018]
本发明提供了一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
a)、将低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c混合均匀，得到溶液a；所述低共熔溶剂中包括甜菜碱和醇类化合物；
[0020]
b)、将丙烯酸、引发剂、溶液a、溶液b和低共熔溶剂混合，反应，得到凝胶。
[0021]
本发明将低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c混合均匀，得到溶液a；所述低共熔溶剂中包括甜菜碱和醇类化合物。
[0022]
在本发明中，所述低共熔溶剂中包括甜菜碱和醇类化合物；所述醇类化合物优选选自乙二醇和/或甘油。所述甜菜碱和醇类化合物的摩尔比优选为1：2.5～3.5，更优选为1：3。
[0023]
所述低共熔溶剂按照以下方法制得:
[0024]
将甜菜碱和醇类化合物混合后在连续搅拌并加热的条件下,形成透明溶液,得到低共熔溶剂。
[0025]
所述醇类化合物选自乙二醇和/或甘油。所述甜菜碱和醇类化合物混合的温度优选为58～63℃，更优选为60℃；搅拌时间优选至形成透明溶液，优选为10～20min。
[0026]
在本发明中，所述步骤a)中低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c(vc)的质量比优选为9.6～9.8：0.28～0.32：0.01，更优选为9.7：0.3：0.01。
[0027]
所述步骤a)中过渡金属盐选自氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锌、硫酸铁和硝酸铁中的一种或多种。
[0028]
得到溶液a后，本发明将丙烯酸、引发剂、溶液a、溶液b和低共熔溶剂混合，反应，得到凝胶。
[0029]
所述引发剂优选为过硫酸铵。
[0030]
所述步骤b)中丙烯酸的体积、引发剂的质量、溶液a的质量、溶液b的体积和低共熔溶剂的质量比优选为2.7ml：(0.038～0.042)g：(1～2)g:(0.25～2)ml:(5～6)g，更优选为2.7ml：0.04g：(1～2)g:(0.25～2)ml:(5～6)g；具体实施例中，所述丙烯酸的体积、引发剂的质量、溶液a的质量、溶液b的体积和低共熔溶剂的质量比为2.7ml:0.04g:1g:0.25ml:6g；或2.7ml：0.04g：1.5g：0.25ml:5.5g；或2.7ml：0.04g：2.0g：0.25ml：5g；或2.7ml:0.04g:2g:0.25ml:5g；或2.7ml：0.04g：1.0g：1ml：6g；或2.7ml：0.04g：1.0g：2ml：6g。
[0031]
在本发明中，丙烯酸、引发剂、溶液a、溶液b和低共熔溶剂混合后反应的温度为0～30℃，时间为1～3min。本发明优选在冰浴条件下进行反应，得到凝胶。
[0032]
在本发明中，不同的过渡金属盐，例如cocl2，nicl2，zncl2和不同的des，例如甜菜碱和甘油，也会形成des凝胶。在加入过硫酸铵后，在des中均匀分散的丙烯酸将在1分钟内聚合并通过金属离子交联，其余离子均匀分散在凝胶中，提供导电的离子。
[0033]
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0034]
实施例1
[0035]
1)des的制备：通过将甜菜碱和乙二醇以1:3的摩尔比简单混合，并在连续搅拌下于60℃加热混合物直至形成透明溶液，然后将其储存在干燥器备用。
[0036]
(2)凝胶的制备：首先，向9.7g des中添加0.3g fecl3和0.01g vc形成均匀溶液，并将其储存备用(溶液a)；然后将0.04g过硫酸铵溶解在不同体积的水中，并将其储存备用(溶液b)；最后，在冰浴中搅拌下将丙烯酸、溶液a和溶液b加入到des中，搅拌后，单体聚合成凝胶。
[0037]
为方便表述，将des凝胶命名为gel-xfe
3+
/yh2o，其中x和y分别代表fe
3+
和h2o的质量分数。以gel-0.3fe
3+
/2.5h2o和gel-0.3fe
3+
/9.3h2o为例，分别将0.04g过硫酸铵溶解于0.25ml和1ml h2o后(溶液b)，在冰浴中搅拌下将2.7ml丙烯酸和1g溶液a，6g des，溶液b混合，即可制备gel-0.3fe
3+
/2.5h2o和gel-0.3fe
3+
/9.3h2o。
[0038]
表1中列出了详细信息：
[0039]
表1 des凝胶中不同成分的含量
[0040][0041]
图1为实施例1制备凝胶过程的机理，以氯化铁为例，维生素c和fe
3+
会发生氧化还原反应，产生醌基自由基和fe
2+
，它将引发过硫酸铵的分解以连续产生自由基，然后触发丙烯酸的聚合。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例测试实施例1制备的凝胶在不同温度下的导电率，如图2所示，des凝胶在0℃至90℃之间的电导率为0.1sm-1
至1.3s m-1
。测试结果曲线图表明随着温度的升高，导电率显著提高。水含量和铁含量越多，凝胶的导电率越大。
[0044]
实施例3
[0045]
本实施例测试实施例1制备的凝胶在传感方面的应用，如图3所示，将凝胶附着在手指上后，随着手指的弯曲及伸展，电流也会随之发生相应的变化。
[0046]
由以上实施例可知，本发明提供了一种利用过渡金属和维生素c双催化体系合成的凝胶的制备方法，包括以下步骤：a)、将低共熔溶剂和过渡金属盐、维生素c混合均匀，得到溶液a；所述低共熔溶剂中包括甜菜碱和醇类化合物；b)、将丙烯酸、引发剂、溶液a、溶液b和低共熔溶剂混合，反应，得到凝胶。本发明提供的方法通过过渡金属盐和维生素c的双催化体系引发丙烯酸单体的快速聚合，同时采用甜菜碱和醇类化合物组成的低共熔溶剂，使
得凝胶在极端温度(低温和高温)条件下良好的导电性。实验结果表明：des凝胶在0℃至90℃之间的电导率为0.1sm-1
至1.3s m-1
。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。