含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器及其制备方法

摘要

本发明公开了含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器，具有磺酸基和羧基两种官能团的聚合物或单体与含有羟基的聚合物生成交联结构，其结构式主要包括：式中，R₁～R₅是亚烷基、取代亚烷基、环烷基或者芳香基。本发明还公开了所述含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器的制备方法，该制备方法包括步骤1)原料的准备，步骤2)镀膜液的制备，步骤3)交联磺化聚合物薄膜的制备，和步骤4)含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器的制备；本发明的制备方法基于聚合物分子设计的理念，将含有羟基的聚合物与含有磺酸基和羧基的聚合物进行酯化反应，磺酸基可以提供离子导电性；在酯化反应过程通过控制原料的摩尔比调控交联度，进而可以调节最终产物的力学性能、吸水率等，容易控制反应过程和产物性能。

主权项

一种含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）原料的准备：配制10～30%的含有羟基的聚合物的溶液；配制30～40%的含有磺酸基和羧基的聚合物或者单体的溶液；所述百分浓度均为质量浓度；2）铸膜液的配制：将上述含有羟基的聚合物的溶液和含有磺酸基和羧基的聚合物或者单体的溶液按质量份数比例为100：5～90，搅拌混合均匀得到铸膜液；3）交联磺化聚合物薄膜的制备：将铸膜液倒入模具中，静置24～36h后，在烘箱中于50～60℃下干燥24～36h，然后脱膜得到共混薄膜；在120～130℃热处理2～4h，使共混薄膜内部含有羟基的聚合物与含有磺酸基和羧基的聚合物或者单体发生酯化反应，生成交联结构；再用去离子水浸泡薄膜，即得交联磺化聚合物薄膜；4）含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器的制备，具体包括以下步骤：①粗化、清洗：将步骤3）得到交联磺化聚合物薄膜进行粗化处理，并用去离子水清洗，然后放入浓度为2～3mol/L的盐酸溶液中浸泡1～2h后，用去离子水清洗，再将其放入去离子水中加热至60～70℃，使其溶胀呈透明状；②离子交换：将溶胀的交联磺化聚合物薄膜浸入银氨溶液中进行离子交换反应，在密封条件下至少反应24h，得到基膜；其中银氨溶液的用量为1平方厘米薄膜使用2ml银氨溶液；③金属还原：将②得到的基膜浸泡入去离子水中，并置于40～50℃的恒温条件下，再向其中滴加葡萄糖溶液进行金属还原反应，以0.5℃/min的速率升温至60℃，反应3～5h；在升温过程中每10min滴加10ml葡萄糖溶液；④清洗、锂离子交换：将步骤③金属还原反应后的基膜用去离子水清洗，然后将基膜放入浓度为0.1mol/L的盐酸中超声清洗30min，再用去离子水清洗；最后将清洗后的薄膜放入氯化锂溶液中静置24小时以上，即得到离子聚合物‑金属复合材料；⑤将得到的离子聚合物‑金属复合材料剪裁成便于进行电致变形能力测试的条状，即得到含有两种官能团的交联型离子聚合物致动器。