绿色化工技术

本发明属于水凝胶技术领域，尤其涉及一种抗冻水凝胶的制备方法及其应用，所述抗冻水凝胶是以（3?丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵（ATAC）、丙烯酰胺（AM）和水通过自由基聚合而成。其抗冻机理是在不添加额外抗冻试剂的条件下，含有季铵盐基团的单体通过与水的相互作用从而减弱了水分子间的氢键作用，使得冰晶不易成核和生长，因此降低了水的凝固点，赋予了水凝胶抗冻性。在低温条件下仍可拉伸、压缩和导电，保留了水凝胶的理化性质，从而所制备的柔性传感器在低温条件下仍可正常使用。

技术亮点

本发明的目的之一在于提供一种抗冻水凝胶，解决上述背景技术中提出的问题。该工艺过程简单，可针对不同的目的和应用场景，设计具有不同机械强度、拉伸性能以及传感灵敏度的水凝胶材料。本发明的目的之一在于提供一种柔性传感器，由本发明抗冻水凝胶制作而成，具有良好抗冻性、拉伸性、导电性以及高灵敏度等性能，可实现对人体运动的监测。为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：本申请提供了一种抗冻水凝胶。该水凝胶是以含有季铵盐基团的（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵、丙烯酰胺作为共聚单体，在水中通过自由基聚合而成。其中（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵中的离子与水发生水合作用从而减弱了水分子间的氢键作用，因而降低了水的冻结温度；通过这些离子的移动提供了水凝胶的导电性；聚合物链间的氢键作用赋予了水凝胶优良的拉伸、抗压缩性能。因此，水凝胶能在低至-50℃的环境下保持力学性能和电学响应性。

抗冻水凝胶是一种在低温环境下仍能保持稳定的水凝胶，其制备方法和应用取决于具体的应用场景和需求。抗冻水凝胶可应用于制备高灵敏性的电阻式应变传感器、柔性机器人和智能穿戴等领域。

本申请提供的抗冻水凝胶打破了传统抗冻水凝胶的制备方法，在不添加额外抗冻试剂的条件下，通过含有季铵盐基团单体的加入从而赋予了水凝胶优良的抗冻性能。抗冻水凝胶中ATAC和AM网络之间的氢键作用使水凝胶具有良好的力学性能。通过借助ATAC结构上的特征赋予水凝胶低温下抗冻的特性，使其在低温条件下仍然保持水凝胶的粘弹性，具有高度可拉伸和可压缩性，保留了水凝胶的诸多性能。

本发明的制备过程中，抗冻水凝胶的相转变温度随着（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵与丙烯酰胺的摩尔比的增大而降低。因此可以根据需求灵活地调整（3-丙烯酰胺丙基）三甲基氯化铵的加入量，制备不同相转变温度的抗冻水凝胶。

本发明采用一锅法制备，制备工艺简单，条件温和，便于实现大规模生产制备。