一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，对基材进行溶胀处理使其溶胀至一定程度后对其进行吸附处理使其吸附功能介质，再对其进行收缩处理使其收缩至一定程度实现功能改性；基材的溶胀和收缩依靠化学条件的变化；溶胀至一定程度是指溶胀至基材的表面积相对于溶胀前表面积增大2～35倍，收缩至一定程度是指收缩至基材的表面积为溶胀前表面积的100～120％。本发明专利技术的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，通过控制基材可逆的溶胀‑收缩行为，使得功能介质在基材表面紧密堆积，实现材料的功能改性；操作简单、成本低廉，制备工艺绿色环保，极具应用前景。

A Method of Functional Modification Based on Swelling and Shrinkage of Materials

The present invention relates to a method of functional modification based on swelling and shrinkage of materials, which adsorbs functional media after swelling treatment to a certain extent and then shrinks it to a certain extent to achieve functional modification; swelling and shrinkage of substrates depend on changes in chemical conditions; swelling to a certain extent means swelling to the base. The surface area of the material increases 2-35 times as compared with that before swelling, and shrinkage to a certain extent means that the surface area of the material shrinks to 100-120% of that before swelling. The present invention is based on a functional modification method of material swelling and shrinkage. By controlling the reversible swelling and shrinkage behavior of the base material, the functional medium is tightly packed on the surface of the base material to realize the functional modification of the material. The operation is simple, the cost is low, the preparation process is green and environmental friendly, and has great application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法
本专利技术属功能材料制备领域，涉及一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法。
技术介绍
功能材料是指通过光、电、磁、热、化学或生化等作用后具有特定功能的材料。功能材料涉及面广，种类繁多，通常包括功能性金属材料、功能性无机非金属材料、功能性有机材料和功能性复合材料。按照材料的物理性质的不同，又可以分为磁性材料、电性材料、光学材料、声学材料、力学材料和化学功能材料等。目前，功能材料表现出越来越广阔的应用前景，已成为科技界与产业界广泛研究热点之一，在电子、军工、航空航天、信息工业和生物医学等领域有着广泛的应用。特别是在新一轮科技革命和产业变革大势下，全球新材料产业格局发生重大调整。材料的导电化就是其中一个热点。通常，导电弹性纤维由柔性可拉伸材料和导电介质组成。目前导电纤维包括金属系导电纤维、碳基导电纤维、金属化合物系导电纤维和高分子导电纤维。其中，金属系导电纤维(如不锈钢、铜、铝等)和大多数的高分子导电纤维(如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等)可形变程度低，限制了其在应变传感等领域的应用。而碳基和金属化合物系导电纤维可以将碳基材料或金属材料作为导电介质，通过掺杂法、涂覆法、吸附法或者化学反应法等固定到柔性可拉伸材料上，从而在同一根纤维上实现导电与弹性的统一。但其导电性能的优劣极大地依赖于纤维材料初始导电率、拉伸长度和拉伸倍数。目前大多数的导电弹性纤维仍存在导电率低的问题，这导致纤维的响应速度慢或大形变下无响应，这极大地限制了其应用。制备导电介质紧密堆积的纤维，构建良好导电通道，是提高纤维导电率的有效措施。目前，功能材料从单一化朝着多功能方向发展。多组分和丰富的结构层次是构筑多功能材料的有效手段。多组分的引入包括共混、掺杂和吸附功能粒子等方式。吸附是在原有材料的基础上附加新的功能，其对原材料的性能影响极小，方法简单、成本低、工艺绿色环保，应用前景好。对于该方式，材料表面积的大小直接决定着功能粒子的吸附量。通常情况下，增大材料表面与功能的接触面积，可有效地增大功能粒子的吸附量。在吸附过程中材料表面与功能粒子的接触面积非常有限，较难实现功能粒子紧密堆积，限制了吸附法在功能材料制备领域的应用。因此，开发一种能够增大吸附过程中材料表面积以实现功能粒子紧密堆积的方法极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术吸附过程材料表面与功能粒子的接触面积非常有限，难以实现功能粒子紧密堆积的缺陷，提供一种能够增大吸附过程中材料表面积以实现功能粒子紧密堆积的方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，对基材进行溶胀处理使其溶胀至一定程度后对其进行吸附处理使其吸附功能介质，再对其进行收缩处理使其收缩至一定程度实现功能改性；所述基材的溶胀和收缩依靠化学条件的变化。本专利技术是通过对化学条件进行控制实现基材溶胀和收缩的，本专利技术的保护范围并不仅限于此，实质上通过控制物理条件或其他条件如温度、光等实现基材的溶胀与收缩也适用于本专利技术。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述溶胀至一定程度是指溶胀至基材的表面积相对于溶胀前表面积增大2～35倍，所述收缩至一定程度是指收缩至基材的表面积为溶胀前表面积的100～120％。不同基材对不同的功能介质的吸附能力不同。对于吸附能力强的功能介质，在低溶胀态下吸附，即可吸附足够多的量满足功能改性的需要。对于吸附能力差的功能介质，需要在较高的溶胀态下吸附，才可吸附足够多的量满足功能改性的需要。溶胀的程度需根据基材与功能介质的特性及功能改性的需要来确定。溶胀时基材表面积增大过小，其与功能介质接触面积较小，吸附量有限，材料的功能性差；溶胀时基材表面积增大过大，不仅会功能介质的浪费，还会破坏基材的结构，影响基材的其他性能如物理机械性能等，同时不利于功能介质的吸附，也容易造成材料的功能性差。此外，进行溶胀需要改变溶胀的条件，如提高pH值、增加溶剂浓度，容易带来功能介质分散性变差等问题。溶胀后的基材收缩后表面积接近溶胀前的表面积，这样有利于基材性能的回复，实现基材内功能介质的紧密堆积，制得的材料的功能性好，若溶胀后的基材收缩后表面积相对于溶胀前的表面积增大较多，容易造成基材性能的降低，同时基材内功能介质堆积较为松散，材料的功能性较差。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述溶胀处理和收缩处理采用溶液浸泡的方式，所述化学条件为pH值、溶剂种类、溶剂组成和溶剂浓度中的一种以上，所述吸附处理采用的方式为溶液浸泡吸附、气体氛围吸附和喷涂吸附中的一种以上。本专利技术仅以溶液浸泡为例，保护范围并不仅限于此，也可在一定气体氛围下对基材仅限溶胀和收缩处理，本专利技术列出的化学条件仅为溶液浸泡的条件，保护范围并不仅限于此，关于吸附处理的形式本专利技术也仅是列举部分常规的手段，保护范围也并不限于此。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，具体步骤如下：(1)溶胀处理，将基材浸泡在pH值为3.5～13的溶液中5～60min得到溶胀态基材；浸泡pH值越高，时间越长，基材初始溶胀度越大；浸泡pH值越低、时间越短，基材初始溶胀度越小。(2)吸附处理，将溶胀态基材浸泡在功能介质分散液中10min～12h后洗涤得到吸附态基材，所述功能介质分散液的pH值与步骤(1)中溶液pH值相同；本专利技术的保护范围并不仅限于此，分散液的pH值也可不与步骤(1)中溶液pH值相同，在实际生产中，需根据材料的溶胀情况、基材吸附功能介质的难易程度等情况，决定浸泡pH值和时间。浸泡pH值越高、时间越长，基材初始溶胀度越大，溶胀时基材表面积增大程度越大，功能介质吸附量越多；浸泡pH值越低、时间越短，基材初始溶胀度越小，溶胀时基材表面积增大程度越小，功能介质吸附量越少。(3)收缩处理，将吸附态基材浸泡在pH值小于2的溶液中10min～4h后洗涤和干燥得到功能改性基材。浸泡pH值越低、时间越长，基材收缩程度越大。当浸泡pH值过低时，会影响基材的性能，浸泡时间过长，造成生产效率低。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述基材的材质为PAA/PEO-PDA或PAA/PVPON-PDA，所述基材的形态为纤维、薄膜或织物。基材的材质并不仅限于此，其他能随pH变化实现溶胀及收缩的材料也可适用，基材的形态也不限于此，基材也可为粒状等。PAA/PEO-PDA或PAA/PVPON-PDA基材具有可逆的溶胀-收缩行为，其溶胀/收缩可以简单有效地通过pH值调控。先将pH设为3.5～13基材溶胀，在溶胀状态下，基材的表面积极大地增加，这为PDA层与功能(导电)介质的有效接触提供了足够的空间；然后调节pH＜2，使得基材收缩，收缩后导电介质层在基材表面呈现紧密堆积，构建了良好的导电通道，而且不影响纤维弹性性能。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述功能改性基材中功能介质在基材表面紧密堆积，有效地增大功能介质的吸附量，保证了功能改性基材的功能性能。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述功能介质为零维材料(例如量子点)、一维材料(例如碳纳米管、银纳米线)或二维材料(例如石墨烯)。如上所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，所述功能介质为碳纳米管、导电炭黑、PEDO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，其特征是：对基材进行溶胀处理使其溶胀至一定程度后对其进行吸附处理使其吸附功能介质，再对其进行收缩处理使其收缩至一定程度实现功能改性；所述基材的溶胀和收缩依靠化学条件的变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，其特征是：对基材进行溶胀处理使其溶胀至一定程度后对其进行吸附处理使其吸附功能介质，再对其进行收缩处理使其收缩至一定程度实现功能改性；所述基材的溶胀和收缩依靠化学条件的变化。2.根据权利要求1所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，其特征在于，所述溶胀至一定程度是指溶胀至基材的表面积相对于溶胀前表面积增大2～35倍，所述收缩至一定程度是指收缩至基材的表面积为溶胀前表面积的100～120％。3.根据权利要求2所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，其特征在于，所述溶胀处理和收缩处理采用溶液浸泡的方式，所述化学条件为pH值、溶剂种类、溶剂组成和溶剂浓度中的一种以上，所述吸附处理采用的方式为溶液浸泡吸附、气体氛围吸附和喷涂吸附中的一种以上。4.根据权利要求3所述的一种基于材料溶胀收缩的功能改性的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)溶胀处理，将基材浸泡在pH值为3.5～13的溶液中5～60min得到溶胀态基材；(2)吸附处理，将溶胀态基材浸泡在功能介质分散液中10min～12h后洗涤得到吸附态基材，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曙光，李皆富，孙佳星，黄文弢，刘德中，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31