一种纤维素基导电水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，所述制备方法为：将纤维素加入氯化锌溶液中，在引发剂的作用下，将单体接枝在纤维素上，其中，所述单体为丙烯腈和丙烯酰胺。本发明专利技术采用一步法制备水凝胶，过程简单易操作，制备得到的水凝胶具有优异的拉伸性能和抗压性能，而且抗冻性能和导电性能优异，其在低温下同样具有优异的导电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素基导电水凝胶的制备方法
本专利技术属于水凝胶
，具体涉及一种纤维素基导电水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶是亲水聚合物经物理交联或化学交联形成的具有三维网络结构的柔性高分子材料。聚合物网络不仅为水凝胶提供了类似固体的机械性能，还使水凝胶具有类似液体的传输性能。导电水凝胶具有优异的柔韧性和可拉伸性，可作为可穿戴传感器，因其在柔性应变传感器、电子皮肤传感器、人体运动传感器、人工智能等领域具有广泛的应用潜力而受到广泛关注。然而，传统的导电水凝胶在温度低于0℃时其导电性能会迅速下降，且凝胶变硬发脆，失去原有柔韧特性，这一缺点严重阻碍了导电水凝胶的潜在应用。无机盐无毒、成本低，通常用于防止道路结冰。无机盐出色的抗冻性源自高浓度溶液的依数性，可抑制凝胶中冰晶的产生，使水凝胶能在零下温度仍然保持其可拉伸性，韧性和导电性。纤维素是一种重要的天然高分子材料，具有无毒、可生物降解、网状缠结结构和生物相容性好等优点，引起了人们的广泛关注。目前，基于纤维素已经开发出了不少具有良好机械性能或具有抗冻性能的水凝胶。然而，以纤维素为原料，构建一种兼具良好机械性能以及优异抗冻性能的导电水凝胶仍然是一个挑战。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，克服现有技术中水凝胶不耐低温、力学性能弱、导电性差的缺陷。一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，所述制备方法为：将纤维素加入氯化锌溶液中，在引发剂的作用下，将单体接枝在纤维素上，其中，所述单体为丙烯腈和丙烯酰胺。优选地，所述纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的任意一种。优选地，所述丙烯腈和丙烯酰胺的质量比为（14-100）：100。优选地，所述引发剂为硝酸铈铵。优选地，所述制备方法包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：在搅拌状态下，将纤维素加入氯化锌水溶液，形成纤维素-氯化锌水溶液；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入单体及引发剂，形成混合溶液，搅拌均匀后，在60~75℃下反应2~3h，即得到所述纤维素基导电水凝胶。优选地，所述氯化锌水溶液的质量浓度为15-25wt%。优选地，所述纤维素与氯化锌水溶液的质量比为（1-3）:100。优选地，所述单体在步骤（2）形成的混合溶液中所占的重量百分比为16~18%，所述引发剂的质量为所述两种单体总质量的4~7%。本专利技术的优点：本专利技术采用一步法制备水凝胶，过程简单易操作，制备得到的水凝胶具有优异的拉伸性能和抗压性能，在拉伸至5倍长度时仍不会断裂，断裂应变可达1500%~2170%，断裂应力可达120KPa~160KPa，杨氏模量可达20~59KPa，韧性可达400~1080KJ/m3；不仅如此，所制备得到的水凝胶抗冻性能和导电性能优异，在25℃时导电率为1.3~1.54S/m，在-20℃时的导电率为1.0~1.21S/m，可见，其在低温下同样具有优异的导电性能。附图说明图1是实施例1制备的纤维素基导电水凝胶的拉力测试图。图2是实施例1制备的纤维素基导电水凝胶的拉伸和压缩效果图。图3是实施例1制备的纤维素基导电水凝胶的差示扫描量热测试图和低温电导率测试图。图4是实施例1制备的纤维素基导电水凝胶的传感性能测试。具体实施方式实施例1一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将1g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将0.1125g羧甲基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.3g丙烯腈单体、0.5g丙烯酰胺单体、55.6mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，75℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例2一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将0.6g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将72mg甲基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.1g丙烯腈单体、0.7g丙烯酰胺单体、39mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，60℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例3一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将1g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将40mg羟乙基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.2g丙烯腈单体、0.6g丙烯酰胺单体、53.5mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，70℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例4一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将0.75g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将75mg甲基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.4g丙烯腈单体、0.4g丙烯酰胺单体、38mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，75℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例5一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将0.53g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将0.1035g甲基羟丙基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.1g丙烯腈单体、0.7g丙烯酰胺单体、51.4mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，60℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例6一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将0.6g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将36mg甲基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；（2）制备水凝胶：向所述纤维素-氯化锌水溶液通入氮气10min，加入0.3g丙烯腈单体、0.5g丙烯酰胺单体、48mg硝酸铈铵引发剂，搅拌均匀，倒入模具中，65℃下反应3h，即可得到黄色水凝胶。实施例7一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纤维素-氯化锌水溶液：将0.75g氯化锌溶于3mL去离子水，得到氯化锌水溶液，在搅拌状态下，将37.5mg羟乙基纤维素加入所述氯化锌水溶液中，搅拌均匀，得到白色浑浊的混合物；...

【技术保护点】
1.一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：将纤维素加入氯化锌溶液中，在引发剂的作用下，将单体接枝在纤维素上，其中，所述单体为丙烯腈和丙烯酰胺。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：将纤维素加入氯化锌溶液中，在引发剂的作用下，将单体接枝在纤维素上，其中，所述单体为丙烯腈和丙烯酰胺。


2.根据权利要求1所述纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述纤维素为羧甲基纤维素、甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的任意一种。


3.根据权利要求2所述纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述丙烯腈和丙烯酰胺的质量比为（14-100）：100。


4.根据权利要求3所述纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述引发剂为硝酸铈铵。


5.根据权利要求4所述纤维素基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
（1）制备纤维素-氯化锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏翔，陈代君，赵小莉，卫欣冉，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61