一种离子聚合物-金属机敏电驱动复合材料的制备方法

摘要

本发明属于高分子金属复合材料制备技术领域，涉及一种电活性离子聚合物-金属机敏电驱动复合材料的制备方法，其制备的材料在低直流电压驱动下具有机敏变形的特点，包括三元离子共聚物制备、离子聚合物与金属复合膜制备、双侧表面电极制备等三个工艺步骤；三元离子共聚物制备是采用乳液聚合法先将乳液聚合单体减压蒸馏，除去阻聚剂，置于冰箱中备用；离子聚合物与金属复合膜制备是在浅玻璃槽式的平底模具中，将纳米乳胶大气环境下室温浇注，得到离子聚合物-金属复合膜；双侧表面电极制备是通过化学还原法制备微米厚金属镀层或物理旋涂法涂覆含有导电填料的导电涂层；其制备工艺简单，制备的产品韧性好，成本低，无环境污染。

主权项

一种离子聚合物‑金属机敏电驱动复合材料的制备方法，其特征在于包括三元离子共聚物制备、离子聚合物与金属复合膜制备、双侧表面电极制备三个工艺步骤；三元离子共聚物的组成设计是鉴于对离子聚合物溶解金属离子的要求，共聚物中需包含一个能与金属离子生成离子键的结构单元组分，即金属离子包容性组分，该单元的含量可使复合膜有效地包容金属离子，金属离子包容性组分选用的单体包括丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、苯乙烯磺酸和丙烯磺酸钠，占总单体量的20‑50mol％；三元离子共聚物中包含增柔的结构单元组分，其选用的单体包括丙烯酸乙酯或丙酯或丁酯、长链乙烯醚或乙烯基丁醚和对苯烷基乙烯基醚，占总单体的15‑35mol％；三元离子共聚物具有硬结构单元组分，包括丙烯腈、苯乙烯、苯乙烯衍生物和甲基丙烯酸甲酯，占总单体的25‑70mol％；以上各单体的用量对每一配方的总和为100％；三元离子共聚物制备是采用乳液聚合法先将乳液聚合单体减压蒸馏，除去阻聚剂，置于冰箱中备用；将引发剂过硫酸铵配制成重量百分比为0.5‑5％的水溶液；再进行三元乳液聚合，采用半连续纳米乳液聚合工艺，先将乳化剂十二烷基苯磺酸钠、缓冲剂小苏打和分散介质水加入到四口烧瓶中，然后加入上述金属离子包容性单体的一种，在40‑70℃搅拌溶解，搅拌速度为250r/min，充氮气10‑30min除去装置中的氧气；然后将50％混合单体，如苯乙烯和丙烯酸丁酯滴加到四口烧瓶中，预乳化0.1‑2小时，升温至60‑90℃，先加入20‑70％的引发剂溶液，反应至无单体回流；将剩余混合单体缓慢滴加到反应体系中，并分次少量加入剩余引发剂溶液；剩余单体滴加完毕后，继续反应不少于1小时，降温至40℃到室温，过滤得到稳定的纳米乳胶；离子聚合物与金属复合膜制备是在浅玻璃槽式的平底模具中，将5‑200ml定量的纳米乳胶大气环境下室温浇注，放置24‑72小时，以浇入的纳米乳胶量控制成膜的厚度在0.5‑3.0mm，得到离子聚合物‑金属复合膜，或称为共聚物乳胶膜；双侧表面电极制备：(1)通过化学还原法制备微米厚金属镀层或(2)物理旋涂法涂覆含有导电填料的导电涂层；化学还原法制备微米厚金属镀层是以1‑10重量份正还原电位金属离子为原料，5‑15重量份有机还原剂，100重量份去离子水为介质，40‑90℃下，共聚乳胶膜浸入其中，金属离子扩散进入表面并还原2‑6h得到双侧银电极；其选用的正还原电位金属离子为氯化银、硝酸银、氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、氯金酸和氯化钯，可以不仅限于这些金属盐。物理旋涂法是以2‑7重量份定量的共聚物乳胶为粘合剂，加入3‑7重量份导电填料，充分超声震荡后，室温旋涂于制得的离子聚合物与金属复合膜表面并干燥5‑40小时，制得一侧电极，然后将离子聚合物与金属复合膜另一侧按照相同办法制成电极；其选用的导电填料包括镀银碳纤维、镀银碳纳米管、纳米银线、纳米铜线、纳米金线和纳米钯线。