本发明专利技术属于水凝胶制备领域，特别是指一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法。解决了现有导电聚乙烯醇复合水凝胶制备周期长且机械强度低的问题，本发明专利技术以丙三醇‑水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以银纳米线和PBAT微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明专利技术的方法大大缩短的聚乙烯醇导电水凝胶的制备周期，并且制备的聚乙烯醇复合导电水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法
本专利技术属于水凝胶制备领域，特别是指一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种功能高分子材料，由三维网络结构的高分子和充塞其网链间隙中的水分子介质构成。水凝胶柔软而富有弹性，可在水中溶胀，且能对外界微小的刺激产生显著的应答，具有智能性，故近年来引起了广泛研究。研究主要集中在新型水凝胶的制备及新的水凝胶应用领域。水凝胶应用广泛，可用作药物控制释放材料、组织填充材料、人工软骨、化学阀、调光材料、生物传感器、组织培养等。聚乙烯醇是一种由聚醋酸乙烯酯水解而成的，且分子链上含有大量极性羟基的水溶性聚合物。聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有良好的润滑、摩擦、高弹性能,良好的生物相容性、化学稳定性、生物可降解性,是生物医学和组织工程中有发展前景的组织替代和修复材料。近年来导电水凝胶作为多功能智能水凝胶家族的新成员而倍受关注，导电水凝胶一般由导电材料与水凝胶基体两部分构成且囊括了其双组份各自独特的性能。导电材料通过共聚交联或接枝反应而嵌入到凝胶三维网络中在保持水凝胶优良特性的同时凭借其独特的电子共轭体系所产生的载流子跃迁性能赋予水凝胶电子传输能力，根据其电导率分布范围导电水凝胶有望应用于导电薄膜电传感器电刺激药物释放系统和生物燃料电池等诸多领域，但是目前大多数导电水凝胶力学强度较弱，黏弹性不足且导电性较差难以满足实际应用的需要。在水凝胶基体中引入纳米材料是提高其力学性能并同时实现功能化的重要方法，例如将纤维素纳米晶体、石墨烯、纳米TiO2等作为增强相加入水凝胶体系中以此增强水凝胶的力学性能热性能等，因此增强材料的选择成为拓展复合凝胶应用的研究热点。银纳米材料因其具有表面积大，化学反应活性高，高导电、导热性，催化活性等特殊的物理化学性质，以及抗菌、解毒等功效，在微电子、光电子、超导材料、生物医药、催化、防电磁辐射及柔性显示屏等领域有着广泛的应用前景。一维银纳米线相较于其他形态的银纳米材料，可以大幅度降低银材用量，从而达到大幅度减低产品制造成本的效果。同时，纳米线不仅是价格相对低廉的贵金属材料，其优质的导电、导热性能及抗氧化耐腐蚀性是其他金属材料铜、镍、铝等所不及的。因此银纳米线呈现广阔的市场前景。原位成纤是一种在加工过程中，两种热力学不相容且具有不同熔点的聚合物在其熔点以上的温度下拉伸，分散相在拉伸流场和剪切流场的共同作用下形成具有一定长径比的微纤，原位形成一种纤维增强材料的方法。在原位成纤增强技术的研究中，目前还没有采用原位成纤增强聚乙烯醇水凝胶的相关研究报道。聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)是对苯二甲酸、己二酸和1，4-丁二醇的三元共聚酯,属完全生物降解塑料。由于PBAT中含柔性的脂肪链和刚性的芳香键,因而具有高韧性和耐高温性。本专利首先采用熔融挤出、拉伸的方法使PBAT在PVA中形成原位微纤，然后利用这种原位微纤复合材料与银纳米线共混制备水凝胶，在水凝胶中微纤结构与银纳米线协同对基体起到增强作用。
技术实现思路
本专利技术提出一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，解决了现有导电聚乙烯醇复合水凝胶制备周期长且机械强度低的问题，本专利技术以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以银纳米线和PBAT微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本专利技术的方法大大缩短的聚乙烯醇导电水凝胶的制备周期，并且制备的聚乙烯醇复合导电水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术的银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶制备方法包括以下步骤（以质量份数计）：（1）将聚乙烯醇50-70份，丙三醇30-50份，投入到高速混合机中，控制混合温度在50℃-70℃，混合均匀；采用常规方法在150℃-180℃用双螺杆挤出机熔融共混并造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将步骤（1）得到的增塑聚乙烯醇80-95份与PBAT5-20份投入到高速混合机中，控制混合温度在50℃-70℃，混合均匀；在160℃-180℃用双螺杆挤出机熔融共混挤出，同时通过牵引装备进行6-12倍拉伸，然后将拉伸过的共混料条切粒，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料；（3）将步骤（2）得到的PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合材料加入到由去离子水和丙三醇共同组成的共混溶剂中，其中PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合材料15-20份，去离子水40-42.5份，丙三醇40-42.5份，去离子水与丙三醇的质量比为1：1；在80℃-95℃温度下搅拌2-4小时直到聚乙烯醇完全溶解，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液；（4）将PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液与银纳米线分散液在80℃-95℃温度下混合均匀，然后将溶液倒入模具中冷却至室温得到银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶。其中银纳米线分散液的浓度为5mg/ml或10mg/ml，PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液与银纳米线分散液的质量比为1：0.05-0.2。本专利技术所使用聚乙烯醇选自PVA1799（聚合度1700，醇解度99%）及PVA1797（聚合度1700，醇解度97%）或是它们的混合物；所使用的PBAT为市售吹膜级颗粒；所使用的银纳米线直径40nm，长度20-60μm。本专利技术的有益效果在于：一、本专利技术以首先以PBAT和经过增塑的PVA为原料，通过双螺杆挤出、拉伸制备以PVA为基体，PBAT为分散相的复合材料，在此过程中由于受到连续相施加的剪切、拉伸等作用，PBAT在PVA基体中形成原位微纤；然后将PBAT/PVA复合材料置于丙三醇-水二元混合溶剂加热溶解并制备PBAT/PVA复合水凝胶，在此过程中PVA溶解于混合溶剂而PBAT不溶解，这使分散相PBAT的微纳米纤维结构得以保持而达到原位增强的目的。同时，PVA与PBAT之间有氢键作用，增加了两者之间的相容性，可以使PBAT微纤在聚乙烯醇基体中分散均匀，而且微纤直径可以达到纳米级别，有效的提高了聚乙烯醇水凝胶的机械性能。二、本专利技术同时引入PBAT微纳米纤维和银纳米线，利用微纳米纤维搭载银纳米线形成PBAT微纳米纤维－银纳米线复合物，在聚乙烯醇凝胶基体中实现银纳米线的均匀分散，在提高聚乙烯醇水凝胶力学强度的同时赋予其导电性能。三、本专利技术以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，相对于传统的冷冻-解冻循环法，本专利技术只需通过自然冷却的方式即可制得高强度聚乙烯醇导电复合水凝胶，可以显著缩短制备时间，提高生产效率；同时，混合凝胶网络中的丙三醇与水之间强大的氢键作用使水分子牢固地锚定在聚合物网络中，使得该醇/水混合凝胶具有长期稳定性。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例的银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将350克聚乙烯醇（PVA1799），150克丙三醇，投入到高速混合机中，控制混合温度在70℃，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇和丙三醇投入混合机中，控制混合温度为50℃‑70℃，混合均匀，加入双螺杆挤出机内在150℃‑180℃条件下熔融共混造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将增塑聚乙烯醇颗粒与PBAT投入到混合机中，于50℃‑70℃，混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，于160℃‑180℃条件下熔融共混挤出，经牵引装置拉伸6‑12倍，然后将拉伸过的共混挤出料切粒，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料；（3）将PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料加入由去离子水和丙三醇组成的共混溶剂中，于80‑95℃条件下搅拌2‑4小时直到聚乙烯醇完全溶解，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液；（4）将PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液与银纳米线分散液在80℃‑95℃条件下混合均匀，然后倒入模具中室温冷却即得银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇和丙三醇投入混合机中，控制混合温度为50℃-70℃，混合均匀，加入双螺杆挤出机内在150℃-180℃条件下熔融共混造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将增塑聚乙烯醇颗粒与PBAT投入到混合机中，于50℃-70℃，混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，于160℃-180℃条件下熔融共混挤出，经牵引装置拉伸6-12倍，然后将拉伸过的共混挤出料切粒，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料；（3）将PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料加入由去离子水和丙三醇组成的共混溶剂中，于80-95℃条件下搅拌2-4小时直到聚乙烯醇完全溶解，得到PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液；（4）将PBAT微纳米纤维/聚乙烯醇溶液与银纳米线分散液在80℃-95℃条件下混合均匀，然后倒入模具中室温冷却即得银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶。2.如权利要求1所述的银纳米线/PBAT纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中聚乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘玮，谢娟，张启，巴月荣，周少杰，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41
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