一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子复合导电材料领域，公开了一种纳米纤维素‑聚苯胺‑聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用。该水凝胶采用下列方法制备得到的：a.制备纳米纤维素；b.将纳米纤维素与聚苯胺混合，制备纳米纤维素‑聚苯胺溶液；c.纳米纤维素‑聚苯胺溶液中加入交联剂及聚乙烯醇，搅拌，形成凝胶，即得。该水凝胶可用于制备柔性导电材料，具有较好的应用前景。

A kind of nano cellulose polyaniline PVA composite conductive hydrogel and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of polymer composite conductive material, discloses a nano cellulose polyaniline PVA composite conductive hydrogel and preparation method and application thereof. The hydrogel is prepared by the following method: A. preparation of nano cellulose; B. nano cellulose and polyaniline mixed preparation of nano cellulose polyaniline solution; adding cross-linking agent and polyvinyl alcohol, C. nano cellulose polyaniline solution mixing, the formation of the gel is obtained. The hydrogel can be used for preparing flexible conductive material and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于高分子复合导电材料领域，涉及一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
水凝胶是通过交联反应获得的主链上含有大量的亲水基团，易被水溶胀且拥有三维网络状结构的聚合物。智能水凝胶是对外界环境的刺激具有响应性的水凝胶，导电水凝胶为其中的一种。聚电解质导电水凝胶因其稳定性差，械强度低而逐渐被淘汰。相反，人们对拥有良好导电性、稳定性及机械强度的导电高分子材料复合的导电水凝胶产生了浓厚的兴趣。导电高分子水凝胶结合了水凝胶和导电高分子的良好性能，它可以体现不同电导率区间的特点且保证其固相的尺寸不变，在医学领域，它已经成为很有前途的材料。组织工程材料、生物传感器等都应用了这个特点。因而，制造出拥有良好力学性能和电化学性能的导电水凝胶是当下的一大热点。纳米纤维素作为高聚物增强相的优点是：第一，产自大自然，可以循环利用，纳米纤维素质轻，其密度仅为1.6g/cm-3；第二，杨氏模量在110至220GPa之间，抗拉强度可达7.6GPa；第三，纳米纤维素结晶区的存在使它的力学强度可高达138GPa；第四，纳米纤维素长度在10—1000nm之间，横截面的尺寸在5—20nm之间，且有着巨大的比表面积。因而在化学、物理性质方面均具有特异性；第四，生物相容性、可降解性、透光性、力学性能是其他增强材料无法与之相比的。聚醋酸乙烯通过水解而形成的分子链上含有大量的极性羟基的水溶性聚合物称为聚乙烯醇。因聚乙烯醇分子链上存在大量的羟基，可以通过物理或化学交联形成水凝胶。纳米纤维素表面含有大量羟基，在水溶性聚合物中有良好的分散性，能与聚乙烯醇分子结合从而形成牢固的氢键，起到纳米增强的作用。而且，纳米纤维素可以帮助聚苯胺分散的更均匀。纳米纤维素与聚乙烯醇极性相近，两者具有良好的相容性，这一特性加大了研究纳米纤维素-聚乙烯醇复合材料的意义。通过加入纳米纤维素作为增强相，使得在保持聚乙烯醇水凝胶特性不变的同时，来提高它的力学性能有很大的研究价值。聚苯胺由苯-醌交替的氧化形式以及苯-苯连续的还原形式组成。聚苯胺不但原料易得，易合成，而且有很多性能上的优点，如经掺杂后仍然具有较高的导电性，良好的化学稳定性能和热稳定性能以及良好的环境稳定性能。因而，聚苯胺材料有着广大的应用前景。科学家们还发现聚苯胺与聚乙烯醇合成能够得到改性的聚苯胺纳米级复合材料。它既能充分发挥纳米级粒子自身的优点，也可兼具其母体自身材料所具有的优点。目前市场上还没有具有较好力学性能及导电性能的纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。本专利技术的另一个目的是提供上述复合导电水凝胶的制备方法。本专利技术还有一个目的是提供上述复合导电水凝胶在制备出柔性导电材料中的应用。本专利技术的目的是通过下列技术措施实现的：一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶，该水凝胶采用下列方法制备得到的：a.制备纳米纤维素；b.将纳米纤维素与聚苯胺混合，制备纳米纤维素-聚苯胺溶液；c.纳米纤维素-聚苯胺溶液中加入交联剂及聚乙烯醇，搅拌，形成凝胶，即得到纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。所述的水凝胶，其中步骤a中纳米纤维素的制备方法采用化学结合机械处理法，具体步骤为：(1)化学处理法：1)配制质量分数40～60％的硫酸备用；2)将配置好的硫酸油浴升温稳定至30～50℃并持续搅拌；3)称取漂白木浆纤维，分批加入持续搅拌的质量分数40～60％的硫酸溶液中；4)反应40～70min后，加入去离子水终止反应，将所得悬浮液用去离子水反复洗涤，然后将悬浮液透析至中性，冷藏备用；悬浮液透析是指将混合物倒进透析袋中，透析袋两边分别用夹子夹住，放在流动的去离子水中透析2—7天，直至悬浮液PH值达到中性；(2)机械处理法：取上述悬浮液，加去离子水稀释，700～1100w功率下超声粉碎120～200min，即制备出纳米纤维素悬浮液。调节纳米纤维素浓度至1.0-2.0％，冷藏备用。由于不同功率，不同超声时间都会影响纳米纤维素的尺寸大小，而纳米纤维素的尺寸大小对于凝胶材料的力学性能也有着很大的影响。所述的水凝胶，其中步骤b中纳米纤维素-聚苯胺溶液的制备方法为：称取聚苯胺粉末与纳米纤维素悬浮液按一定质量比例混合，高速均值仪搅拌使其分散均匀，得到纳米纤维素-聚苯胺溶液。一定质量比例是指溶液中聚苯胺的浓度为0.1～1.0％，纳米纤维素的浓度为1.0～2.0％(％指质量百分比)。高速均值仪搅拌时间优选10～40min，搅拌转速优选6000～15000rpm。所述的水凝胶，其中步骤c中纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法为：(1)取200～400g纳米纤维素-聚苯胺溶液，加入0.6～1.5g硼酸盐交联剂，油浴中80～100℃，机械搅拌10～50min；(2)当温度稳定在80～100℃时，加入2～10g聚乙烯醇粉末，继续搅拌直至形成凝胶。完全冷却后即制成纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。所述纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，该方法包括下列步骤：a.制备纳米纤维素；b.将纳米纤维素与聚苯胺混合，制备纳米纤维素-聚苯胺溶液；c.纳米纤维素-聚苯胺溶液中加入交联剂及聚乙烯醇，搅拌，形成凝胶，即得到纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。所述的方法，其中步骤a中纳米纤维素的制备方法采用化学结合机械处理法，具体步骤为：(1)化学处理法：1)配制质量分数40～60％的硫酸备用；2)将配置好的硫酸油浴升温稳定至30～50℃并持续搅拌；3)称取漂白木浆纤维，分批加入持续搅拌的质量分数40～60％的硫酸溶液中；4)反应40～70min后，加入去离子水终止反应，将所得悬浮液用去离子水反复洗涤，然后将悬浮液透析至中性，冷藏备用；(2)机械处理法：取上述悬浮液，加去离子水稀释，700～1100w功率下超声粉碎120～200min，即制备出纳米纤维素悬浮液。调节纳米纤维素浓度至1.0-2.0％，冷藏备用。所述的方法，其中步骤b中纳米纤维素-聚苯胺溶液的制备方法为：称取聚苯胺粉末与纳米纤维素悬浮液按一定质量比例混合，高速均值仪搅拌使其分散均匀，得到纳米纤维素-聚苯胺溶液。一定质量比例是指溶液中聚苯胺的浓度为0.1～1.0％，纳米纤维素的浓度为1.0～2.0％(％指质量百分比)。高速均值仪搅拌时间优选10～40min，搅拌转速优选6000—15000rpm。所述的方法，其中步骤c中纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法为：(1)取200～400g纳米纤维素-聚苯胺溶液，加入0.6～1.5g硼酸盐交联剂，油浴中80～100℃，机械搅拌10～50min；(2)当温度稳定在80～100℃时，加入2～10g聚乙烯醇粉末，继续搅拌直至形成凝胶。完全冷却后即制成纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。所述的纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶在制备柔性导电材料中的应用。制备纳米纤维素采用的漂白木浆纤维也可以用脱脂棉等其他植物纤维替代。本专利技术的优点：(1)纳米纤维素和聚乙烯醇都是无毒无味的，对环境人体无害；(2)聚苯胺与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米纤维素‑聚苯胺‑聚乙烯醇复合导电水凝胶，其特征在于该水凝胶采用下列方法制备得到的：a.制备纳米纤维素；b.将纳米纤维素与聚苯胺混合，制备纳米纤维素‑聚苯胺溶液；c.纳米纤维素‑聚苯胺溶液中加入交联剂及聚乙烯醇，搅拌，形成凝胶，即得到纳米纤维素‑聚苯胺‑聚乙烯醇复合导电水凝胶。

【技术特征摘要】
2016.09.18 CN 20161082974771.一种纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶，其特征在于该水凝胶采用下列方法制备得到的：a.制备纳米纤维素；b.将纳米纤维素与聚苯胺混合，制备纳米纤维素-聚苯胺溶液；c.纳米纤维素-聚苯胺溶液中加入交联剂及聚乙烯醇，搅拌，形成凝胶，即得到纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶。2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于步骤a中纳米纤维素的制备方法采用化学结合机械处理法，具体步骤为：(1)化学处理法：1)配制质量分数40～60％的硫酸备用；2)将配置好的硫酸油浴升温稳定至30～50℃并持续搅拌；3)称取漂白木浆纤维，分批加入持续搅拌的质量分数40～60％的硫酸溶液中；4)反应40～70min后，加入去离子水终止反应，将所得悬浮液用去离子水反复洗涤，然后将悬浮液透析至中性；(2)机械处理法：取上述所得悬浮液，加去离子水稀释，700～1100w功率下超声粉碎120～200min，即制备出纳米纤维素悬浮液。3.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于步骤b中纳米纤维素-聚苯胺溶液的制备方法为：称取聚苯胺粉末与纳米纤维素悬浮液按一定质量比例混合，高速均值仪搅拌使其分散均匀，得到纳米纤维素-聚苯胺溶液；一定质量比例是指溶液中聚苯胺的浓度为0.1～1.0％，纳米纤维素的浓度为1.0～2.0％；高速均值仪搅拌时间优选10～40min，搅拌转速优选6000～15000rpm。4.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于步骤c中纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法为：(1)取200～400g纳米纤维素-聚苯胺溶液，加入0.6～1.5g硼酸盐交联剂，油浴中80～100℃，机械搅拌10～50min；(2)当温度稳定在80～100℃时，加入2～10g聚乙烯醇粉末，继续搅拌直至形成凝胶，完全冷却后即制成纳米纤维素-聚苯胺-聚乙烯醇复合导...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩景泉，鲍雅倩，丁琴琴，徐信武，黄超伯，岳一莹，王慧祥，王思伟，陆凯悦，尤立行，郁辰，陈敏峰，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32