一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，采用方法的要点是将纤维素纳米晶(CNC)为模板，低温酸性状态下加入导电单体，后缓慢滴加过硫酸盐，通过原位氧化聚合生成导电聚合物/CNC杂化材料，滴加金属盐溶液，再加入聚乙烯醇（PVA）溶液，搅拌均匀，倒入铺有纺织品面料的培养皿中，自然风干，即得到导电复合材料。该材料兼具生物相容性、导电聚合物的导电性，还拥有自愈合性能和纺织品基质优异的力学性能、服用性能，而且该材料具有优异的传感性能，可以进行人体运动监测，在应变传感、智能机器人传感皮肤和柔性可穿戴电子设备等领域具有广泛的应用前景。

A preparation method of flexible and high strength textile based conductive composite

【技术实现步骤摘要】
一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种导电复合材料的制备方法，特别涉及一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，属于导电复合材料制备领域。
技术介绍
随着社会发展的需要和机器人应用领域的扩大，人们对智能机器人的要求也越来越高。智能机器人所处的环境往往是未知的、难以预测的，在研究智能机器人的过程中，主要涉及到智能传感等技术。传感皮肤是一种可以让机器人产生“触觉”的系统，它能像衣服一样附着在设备表面，让智能机器人感知到物体所在的地点和物体硬度等信息。因此，目前智能机器人领域亟需一种制备简单、成本低、传感性能优异的传感皮肤材料。纳米纤维素(CNC)因其强力高于普通钢材、透明性、低密度、丰富亲水基团等优势，在全生物降解塑料、药物缓释载体、保湿面膜、光学或防伪材料、柔性显示设备等领域已经有初步商业化应用。HouyongYu.等人在期刊ACSappliedmaterials&interfaces上发表的《Self-healableConductiveNanocelluloseNanocompositesforBiocompatibleElectronicSkinSensorSystem》文章介绍了CNC作为增强材料，制备传感器，在运动监测、智能机器人传感皮肤等领域具有巨大潜力。目前市场上仿生传感皮肤材料还不多，主要有硅胶、水凝胶、柔性电极材料等。硅胶材料虽然弹性、耐温效果较好，但其加工工艺较复杂且成本较高；水凝胶和柔性电极材料是目前研究仿生皮肤主要应用的材料，但其缺乏生物体皮肤的感觉反馈能力，这在一定程度上限制了其应用领域。因此，目前关键在于如何使传感皮肤材料具有高灵敏度的传感反馈能力，以达到智能穿戴设备可以及时反馈人体的舒适度及健康状况。如此便可用于医学材料如假肢，使其具有类似生物体皮肤的触觉；也可应用于智能机器人，改善机械性能，提高响应能力、传感反馈能力，可得到大力推广。(CN208805290U)提出使用三层硅橡胶复合得到机器人感官用传感皮肤复合材料，但其提出的传感皮肤材料仍存在诸多问题，如无自愈合性能、力学性能较差、传感性能差。基于此，本专利技术提出制备一种以聚乙烯醇(PVA)为基底材料含有纤维素纳米晶的仿生膜作为仿生皮肤。可利用过硫酸盐(如过硫酸铵，APS)作为引发剂，使导电单体(如吡咯，Py)聚合到纤维素纳米晶(CNC)表面，形成CNC-PPy混合溶液，作为导电聚合物。而后将其与PVA混合，自然风干成膜，或将其倾倒在机织布上，使机织布和导电聚合物复合，作为智能机器人的传感皮肤，来进行运动监测和信号传输。产品具有制备方法简单，成本低，保水性好，透明度高，具有多重传感功能等优点。这种具有优异强度、保水性和优异传感能力的高度透明的仿生皮肤，可以应用于智能机器人领域，作为机器人的传感皮肤，赋予智能机器人以灵敏的“触觉”，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，该方法制备简单，操作简便，绿色无污染，且方便大规模生产。一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，其具体步骤如下：(1)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；(2)配制适当固液比的PVA溶液，选用分子量为145000的PVA，放入适宜温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到分散均匀的PVA溶液；(3)配制适当比例的导电单体酸性溶液，超声20-40min，得到分散均匀的导电单体酸性溶液；(4)配制适当固液比的引发剂过硫酸盐溶液，超声10-30min，得到分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液；(5)配制适当固液比的不同价态的金属离子氯化物溶液，超声10-30min，得到不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液；(6)在0℃冰浴搅拌状态下，将步骤(3)得到的分散均匀的导电单体酸性溶液按CNC：导电单体质量比为1：1的反应比加入到步骤(1)得到的分散均匀的CNC分散液中，搅拌40-80min，得到混合溶液；(7)将步骤(6)得到的混合溶液置于0℃冰浴搅拌条件下，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加步骤(4)得到的分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液，避光反应1-3h，得到导电聚合物CNC杂化材料；(8)在0℃冰浴搅拌条件下，将步骤(5)得到的不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液按CNC：金属离子物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加到步骤(7)得到的导电聚合物CNC杂化材料中，搅拌40-80min，得到含有不同价态金属离子的导电复合物溶液；再按CNC：PVA质量比为1：20的反应比将上述含有不同价态金属离子的导电复合物溶液倒入步骤(2)得到的分散均匀的PVA溶液，继续搅拌30-90min，超声分散60-100min，得到增强材料溶液；(9)裁剪适当尺寸适当形状的纺织品面料，将70mL步骤(8)得到的增强材料溶液均匀倒在培养皿中的面料上，自然风干，即得到纺织品基质的含有不同价态金属离子的导电复合材料。所述步骤(1)中所述适当固液比为1g：40-60mL。所述步骤(2)中所述适当固液比为1g：5-10mL；适宜温度为80-90℃。所述步骤(3)中所述适当比例为1g：80-120mL；导电单体为吡咯、苯胺中的一种。所述步骤(4)中所述适当固液比为1g：4-8mL；过硫酸盐为过硫酸铵((NH4)2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸钠(Na2S2O8)中的一种。所述步骤(5)中所述适当固液比为1g：5-20mL；不同价态的金属离子氯化物溶液中金属离子为一价的钾离子(K+)、钠离子(Na+)，二价的锌离子(Zn2+)、铜离子(Cu2+)，三价的铁离子(Fe3+)中的一种。所述步骤(9)中所述适当尺寸为1-100cm2面积；适当形状为长方形、正方形、梯形、三角形、圆形中的一种。对本专利技术所得到的纺织品基质的含有不同价态金属离子的导电复合材料使用透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)观察复合材料的形貌；使用电化学工作站测试杂化材料的导电性，其结果如下：(1)透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)测试表明含有不同价态金属离子的导电复合材料结构稳定，性能优异，参见附图1，加入Zn2+的导电复合材料表面平整、光滑。(2)电化学工作站表明复合材料导电性优异。(3)含不同价态金属离子的导电复合材料自愈性能优异。本专利技术制备的纺织品基质的含有不同价态金属离子的导电复合材料具有优异的导电性、自愈性能和传感性能，在应变传感器、可穿戴电子设备、智能机器人传感皮肤材料等方面有广阔的应用的前景。本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术利用来源广泛、制备简单的CNC为原料，具有绿色环保、比表面积大的优点；(2)本专利技术使用的制备方法简单，易成批量生产，市场需求大，具有可观的社会效益和经济效益；(3)本专利技术制备的导电复合材料具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；/n(2)配制适当固液比的PVA溶液，选用分子量为145000的PVA，放入适宜温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到分散均匀的PVA溶液；/n(3)配制适当比例的导电单体酸性溶液，超声20-40min，得到分散均匀的导电单体酸性溶液；/n(4)配制适当固液比的引发剂过硫酸盐溶液，超声10-30min，得到分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液；/n(5)配制适当固液比的不同价态的金属离子氯化物溶液，超声10-30min，得到不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液；/n(6)在0℃冰浴搅拌状态下，将步骤(3)得到的分散均匀的导电单体酸性溶液按CNC：导电单体质量比为1：1的反应比加入到步骤(1)得到的分散均匀的CNC分散液中，搅拌40-80min，得到混合溶液；/n(7)将步骤(6)得到的混合溶液置于0℃冰浴搅拌条件下，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加步骤(4)得到的分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液，避光反应1-3h，得到导电聚合物CNC杂化材料；/n(8)在0℃冰浴搅拌条件下，将步骤(5)得到的不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液按CNC：金属离子物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加到步骤(7)得到的导电聚合物CNC杂化材料中，搅拌40-80min，得到含有不同价态金属离子的导电复合物溶液；再按CNC：PVA质量比为1：20的反应比将上述含有不同价态金属离子的导电复合物溶液倒入步骤(2)得到的分散均匀的PVA溶液，继续搅拌30-90min，超声分散60-100min，得到增强材料溶液；/n(9)裁剪适当尺寸适当形状的纺织品面料，将70mL步骤(8)得到的增强材料溶液均匀倒在培养皿中的面料上，自然风干，即得到纺织品基质的含有不同价态金属离子的导电复合材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种柔性高强纺织品基导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；
(2)配制适当固液比的PVA溶液，选用分子量为145000的PVA，放入适宜温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到分散均匀的PVA溶液；
(3)配制适当比例的导电单体酸性溶液，超声20-40min，得到分散均匀的导电单体酸性溶液；
(4)配制适当固液比的引发剂过硫酸盐溶液，超声10-30min，得到分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液；
(5)配制适当固液比的不同价态的金属离子氯化物溶液，超声10-30min，得到不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液；
(6)在0℃冰浴搅拌状态下，将步骤(3)得到的分散均匀的导电单体酸性溶液按CNC：导电单体质量比为1：1的反应比加入到步骤(1)得到的分散均匀的CNC分散液中，搅拌40-80min，得到混合溶液；
(7)将步骤(6)得到的混合溶液置于0℃冰浴搅拌条件下，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加步骤(4)得到的分散均匀的引发剂过硫酸盐溶液，避光反应1-3h，得到导电聚合物CNC杂化材料；
(8)在0℃冰浴搅拌条件下，将步骤(5)得到的不同价态的分散均匀的金属离子氯化物溶液按CNC：金属离子物质的量之比为1：2的反应比缓慢滴加到步骤(7)得到的导电聚合物CNC杂化材料中，搅拌40-80min，得到含有不同价态金属离子的导电复合物溶液；再按CNC：PVA质量比为1：20的反应比将上述含有不同价态金属离子的导电复合物溶液倒入步骤(2)得到的分散均匀的PVA溶液，继续搅拌30-90min，超声分散60-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：余厚咏，欧阳兆锋，彭幻，李升鸿，徐德文，李子恒，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33