一种基于离子导电原理制备导电皮革的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于离子导电原理制备导电皮革的方法。以裸皮为原料，在20～40℃下浸泡在由单体、引发剂、溶剂和导电介质组成的浸渍溶液中1～150小时，然后在40～90℃下加热原位聚合2～48小时，得到导电皮革。该方法采用了离子导电的原理，以金属盐为导电介质，通过单体原位聚合形成的聚合物网络与皮胶原纤维网络形成互穿结构，从而将导电介质和溶剂牢固地固定在皮胶原纤维间隙，同时赋予皮革良好的导电性。该导电皮革的性能可以通过裸皮类型、单体种类和制备条件进行调控。本发明专利技术的制备工艺简单、原料种类少且成本低，原料利用率高，无有害废物排放，易产业化。易产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子导电原理制备导电皮革的方法


[0001]本专利技术涉及导电皮革
，具体涉及一种基于离子导电原理，采用由单体、引发剂、溶剂和导电介质组成的溶液浸渍裸皮，然后原位聚合制备导电皮革的方法。

技术介绍

[0002]皮革是一种由天然动物皮加工而成的材料，由于具有耐用性、柔韧性、独特的外观和卫生性能等特征而深受人们追捧和喜爱。动物皮的主要成分为胶原，其在动物体内通过多层级自组装构成胶原纤维，并进一步相互交错构成三维编织网络结构作为动物皮的基本骨架。一般地，由动物皮(又称生皮或原料皮)到皮革的处理工艺主要包括准备工段、鞣制工段、鞣后湿处理工段和整饰工段，其中鞣制工段是制革工艺的核心，直接决定了最终成革的质量和基本性能。在鞣制过程中，通常使用铬鞣剂、植物鞣剂、醛鞣剂、非铬金属鞣剂等鞣剂对裸皮(即经过准备工段处理后的动物皮)进行处理，在机械作用和化学作用下，鞣剂分子渗透进入裸皮的胶原纤维结构之间，与胶原蛋白发生物理或(和)化学反应，形成稳定的交联结构，使得皮胶原纤维分散和固化，增加了皮胶原纤维的分散性和多孔性，从而获得耐酸碱、耐细菌、理化性质良好且稳定的皮革。纵观制革工程可以看出，尽管使用了各种不同的鞣剂和工艺对动物皮进行处理，但本质上裸皮的鞣制就是一个脱水的过程，其旨在脱除胶原纤维间的水分，增强胶原纤维的分散性和稳定性。不仅如此，在整饰工段还会对皮革进行干燥处理，进一步脱除皮革中游离的水分，这就意味着导电介质无法在皮革中自由移动，因此传统的各类皮革产品及其制品都不具备导电性。
[0003]随着电子信息技术的发展和人们对便捷生活的追求，柔性电子器件被认为是未来电子器件发展的重点方向之一，可广泛用于可穿戴器件、医用可植入器件、电子皮肤以及智能电子织物等领域。皮革作为一种天然的“织物”，在服饰领域具有悠久的应用历史，是柔性导电材料的理想候选者之一，但缺乏导电性限制了其向电子化和智能化的转型。因此，开发导电皮革作为智能可穿戴设备的发展具有十分重要的意义和价值。此外，柔性电子产业正在蓬勃发展，2019年全球柔性电子市场规模为14.2亿美元，而预计到2025年全球柔性电子市场规模将达到3049.4亿美元。在这个背景下，导电皮革这一性能突出的新兴材料潜力巨大，拥有广阔的市场前景。更重要的是，以天然的动物皮为原料，依托传统的制革工业，突破低附加值和高环境污染的限制，开发非传统用途的导电皮革，对于“双碳”背景下皮革行业的转型升级具有重要意义，将推动传统皮革行业以及下一代先进功能性生物基材料的可持续发展。
[0004]目前，中国专利技术专利(例如，中国专利CN116157570A、CN110481456A和CN116218339A)公布的关于导电皮革的制备技术和方法，主要是通过在皮革表面涂覆导电涂层来赋予皮革导电性。导电涂层由涂饰材料和导电填料组成，涂饰材料来源于传统皮革的涂饰剂，如聚氨酯(PU)树脂、手感剂、加脂剂等；导电填料则包括碳纳米管、石墨烯、导电聚合物、液态金属等电子导电材料，其通过电子传导的机理实现皮革表面涂层的导电行为。此外，导电涂层还可以赋予皮革自然光滑的外观，良好的遮盖力，延伸性，能在皮面形成自
固定的薄膜，消除粒面瑕疵，改善皮革的透气性和透水汽性、物理机械性能、耐折性和抗老化性。然而，导电涂层由于暴露在外，在长期的使用和接触过程中，会出现涂层老化、破损和脱落的问题，无法保证导电的稳定性和持久性。此外，作为导电填料的电子导电材料往往成本较高，这增加了导电皮革的生产成本，难以实现导电皮革的产业化生产。
[0005]中国专利技术专利CN110957058A提供了一种导电皮革的制备方法，采用石墨烯、过渡金属离子M～(n+)、天然皮革、聚氨酯等为原料，以过渡金属离子为桥连剂将石墨烯与皮革胶原纤维有机牢固结合并以聚氨酯为支撑体，合成具有高应变耐受性和弹性稳定的三维立体导电网络柔性皮革基材。这种方法仍是采用电子导电的策略，以石墨烯作为导电介质，通过金属离子配位将其固定在胶原纤维上，但这种方式难以确保石墨烯的均匀渗透与结合，从而使得导电效率较低。中国专利技术专利CN113234870B公布了一种导电皮革的制备方法，其通过向皮革中引入银离子和还原剂，随后在皮胶原纤维间隙中将银离子原位还原得到银纳米粒子，经洗涤和干燥后得到导电皮革。这种方法难以避免未反应的银离子对人体造成危害，并且得到的银纳米粒子并没有被固定在皮内部，存在不耐水洗的问题。中国专利技术专利CN115612757A公开了一种导电皮革的制备方法，其通过将皮革与离子液体凝胶结合以获得稳定的离子通道和出色的柔韧性，但这种方法制备的导电皮革也存在不耐水洗的问题。此外，以上提到的三种方法中的导电介质，包括石墨烯、银纳米粒子和离子液体，都没有解决生产成本与导电性能之间的矛盾，生产导电皮革仍需要很高的成本，无法广泛应用于工业化生产。
[0006]基于上述分析可以看出，目前基于电子导电的导电皮革在其制备方法、材料选择和性能方面还存在一定的缺陷，有必要开发制备工艺更简单、导电效率更高、生产成本更低、结构稳定和易于产业化的导电皮革及其制备方法，彻底解决导电皮革导电填料兼容性差、不耐水洗和高成本问题，从而促进导电皮革在非传统皮革领域(如柔性可穿戴电子设备、自供电织物、电子皮肤、医疗和健康监测、柔性电子显示屏、人机交互等)的研究及应用。

技术实现思路

[0007]为了解决导电皮革存在的导电填料兼容性差、不耐水洗和高成本的问题，本专利技术根据离子导电原理，提出了一种制备导电皮革的新策略。以传统制革工艺中的裸皮(包括脱灰皮、软化皮、浸酸皮和去酸皮)为原料，以乙烯基单体、引发剂、导电介质和溶剂按照一定的比例配置成浸渍溶液，再通过浸泡、搅拌、转鼓处理等方法使浸渍溶液的组分在裸皮内充分渗透并均匀分散，随后在保证浸渍后裸皮平整的情况下进行加热处理，使单体在皮胶原纤维间隙内发生原位聚合反应，并同时与胶原纤维充分结合形成互穿网络结构，将导电介质及溶剂固定在皮胶原纤维间隙，使它们不会由于机械挤压等作用而与皮胶原纤维分离，从而得到具有稳定导电性能、优异物理机械性能的导电皮革。
[0008]具体地，本专利技术旨在提供一种导电皮革的制备方法，其特征在于该方法的技术路线如下：1)以裸皮为原料，采用裸皮重量50％～300％的浸渍溶液，在20～40℃下浸渍处理1～150小时；2)将浸渍处理后的裸皮取出，在保持裸皮平整的情况下，在40～90℃下加热2～48小时，干燥，得到导电皮革。该方法使用的裸皮为脱灰皮、软化皮、浸酸皮和去酸皮中的任意一种，裸皮厚度为0.4～4.0mm；裸皮的皮种为牛皮、猪皮、山羊皮或绵羊皮中的任意一种；用于制备导电皮革的浸渍溶液由单体、引发剂、溶剂和导电介质组成，它们的质量比为单体
∶引发剂∶溶剂∶导电介质＝100∶0.01～1.0∶10～300∶0.05～50；用于制备导电皮革的浸渍溶液中包含的单体为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酰氯、N
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异丙基丙烯酰胺、丙烯酸
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羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、乙二醇甲基丙烯酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电皮革的制备方法，其特征在于该方法的技术路线如下：1)以裸皮为原料，采用裸皮重量50％～300％的浸渍溶液，在20～40℃下浸渍处理1～150小时；2)将浸渍处理后的裸皮取出，在保持裸皮平整的情况下，在40～90℃下加热2～48小时，干燥，得到导电皮革。2.根据权利要求1所述的一种导电皮革的制备方法，其特征在于作为原料的裸皮是脱灰皮、软化皮、浸酸皮和去酸皮中的任意一种，裸皮厚度为0.4～4.0mm。3.根据权利要求1和2所述的一种导电皮革的制备方法，其特征在于用于制备导电皮革的裸皮为牛皮、猪皮、山羊皮或绵羊皮中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种导电皮革的制备方法，其特征在于用于制备导电皮革的浸渍溶液由单体、引发剂、溶剂和导电介质组成，它们的质量比为单体∶引发剂∶溶剂∶导电介质＝100∶0.01～1.0∶10～300∶0.05～50。5.根据权利要求1和4所述的一种导电皮革的制备方法，其特征在于用于制备导电皮革的浸渍溶液中包含的单体为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酰氯、N
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【专利技术属性】
技术研发人员：辜海彬，柯涛，赵溶溶，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：