纤维素基非对称导电纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素基非对称导电纤维及其制备方法。所述方法先将细菌纤维素溶解在ZnCl2溶液中，再加入导电物质得到的导电改性细菌纤维素溶液作为纺丝原液1，同时用高碘酸钠氧化后得到的氧化细菌纤维素溶解在ZnCl2溶液中，得到的氧化细菌纤维素溶液作为纺丝原液2，最后通过双轴共纺的湿法纺丝工艺制备纤维素基非对称的导电纤维。本发明专利技术以可再生的细菌纤维素作为原料，采用可回收利用的ZnCl2溶液作为溶解体系，通过简单的双轴共纺制得一侧为氧化细菌纤维素纤维、另一侧为导电改性细菌纤维素纤维的非对称的导电纤维，适用于太阳能蒸发、海水收集、驱动器、传感器、生物医学等领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
纤维素基非对称导电纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，涉及一种纤维素基非对称导电纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]对材料进行导电改性的方式有很多，例如材料碳化、导电材料掺杂、导电材料复合、导电层包覆等。导电聚合物具有优异的导电性能和柔韧性，，利用导电聚合物对材料进行掺杂或后处理等改性，可以使改性后的材料满足特定需求。聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)(PEDOT)因其高导电性、优异的生物相容性和生物降解性，易于合成和低成本等优点，受到极大的关注。文献1采用原位界面聚合的方式，将经过冷冻预处理的细菌纤维素浸泡在含有0.025g/mlEDOT单体和0.05g/ml FeCl3的乙醚溶液，浸泡一段时间后，用乙醇洗涤PEODT/BC复合纳米纤维，制得的PEODT/BC复合纳米纤维具有良好的细胞相容性，加入相应电刺激后能使神经细胞定向生长(Chuntao,Chen,Ting,etal.Three
‑
Dimensional BC/PEDOT Composite Nanofibers with High Performance for Electrode
–
Cell Interface[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2015,7(51):28244
‑
28253.DOI:10.1021/acsami.5b07273.)。
[0003]目前关于非对称材料的研究主要为非对称纳米颗粒，关于非对称纤维的报道很少。现有的非对称纤维的制备方法主要有两种：(1)静电纺丝制备非对称导电纤维，例如文献2将樟脑磺酸掺杂的聚苯胺和聚环氧乙烷静电纺成并排的双组分纤维，该方法采用三氯甲烷和二甲基甲酰胺混合溶液溶解聚苯胺和樟脑磺酸和聚环氧乙烷制备纺丝原液，需使用大量的有机物，制备得到的非对称导电纤维易脆，机械性能很差，拉断强度只能达到5
±
1MPa(LiuW,Zhang J,Liu H.Conductive Bicomponent Fibers Containing Polyaniline Produced via Side
‑
by
‑
Side Electrospinning[J].Polymers,2019,11(6):954
‑
.DOI:10.3390/polym11060954)，然而传统静电纺丝工艺中要求纺丝原液流动性强，一些粘度很大的纺丝原液不适合采用静电纺丝；(2)湿法纺丝制备非对称导电纤维，例如文献3将聚丙烯腈和聚苯胺溶解在二甲基亚砜中，以60℃下的二甲基亚砜为凝固浴，制备了一侧是聚丙烯腈掺杂聚苯胺另一侧是聚苯胺的非对称纤维，该方法制备的非对称纤维存在明显的界线，两侧的不对称纤维结合力度差，易断裂分离，并且使用的溶剂和凝固浴不可回收(Liu W,Chang Y C,Zhang J,et al.Wet
‑
Spun Side
‑
by
‑
Side Electrically Conductive Composite Fibers[J].ACS Applied Electronic Materials,2022,4(4):1979
‑
1988.DOI:10.1021/acsaelm.2c00150.)。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种力学性能强的纤维素基非对称导电纤维及其制备方法，该纤维素基非对称导电纤维的一侧为氧化细菌纤维素纤维，另一侧为导电改性细菌纤维素纤维。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0006]纤维素基非对称导电纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，溶解细菌纤维素：将细菌纤维素溶解在65wt％～70wt％ZnCl2溶液中，得到分散均匀的、细菌纤维素浓度为1.7
±
0.1wt％的细菌纤维素溶液；
[0008]步骤2，导电改性细菌纤维素：将导电物质加入细菌纤维素溶液中，充分搅拌使其分散均匀，得到纺丝原液1；
[0009]步骤3，氧化细菌纤维素：在细菌纤维素水溶液中加入与高碘酸钠，避光条件下，在50
±
10℃氧化3～5h，得到氧化细菌纤维素，再将氧化细菌纤维素溶解在65wt％～70wt％ZnCl2溶液中，得到氧化细菌纤维素的浓度为2
±
0.1wt％的纺丝原液2；
[0010]步骤4，纤维素基非对称导电纤维的制备：以纺丝原液1和纺丝原液2为纺丝液，采用双轴共纺湿法纺丝方式，在无水乙醇凝固浴中收集经湿法纺丝得到的纤维素基非对称导电纤维。
[0011]优选地，步骤2中，导电物质与细菌纤维素质量比为1:4。
[0012]优选地，步骤2中，导电物质选自聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)、氧化石墨烯、碳纳米管等。
[0013]优选地，步骤3中，细菌纤维素水溶液的固含量为1％，高碘酸钠和细菌纤维素的质量比为1.4：1。
[0014]优选地，步骤4中，双轴的纺丝速度相同，均为100ml/h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0016](1)本专利技术采用双轴共纺的湿法纺丝制备纤维素基非对称导电纤维，在蠕动泵的机械动力推动下，得到的纤维素基非对称导电纤维在无水乙醇中凝固再生，该方法简单易操作，使用的溶剂及凝固浴都可回收利用，纤维凝固再生后，静置一段时间凝固浴会有大量ZnCl2沉淀，通过简单过滤可以分离乙醇和ZnCl2，分离的乙醇可以再次被用作凝固浴，分离出来的ZnCl2经过干燥处理后可循环利用。
[0017](2)本专利技术以含量丰富、可再生、机械性能强的细菌纤维素作为基础原料，制备方法简单环保，适用于大规模生产，制备的非对称微纤维有望应用于驱动器、纺织、生物医学、传感器等领域。
附图说明
[0018]图1为细菌纤维素溶液(a)，制备非对称导电纤维的方法示意图(b)，纤维素基非对称纤维实物图(c)和静置凝固浴回收ZnCl2及乙醇实物图(d)。
[0019]图2为湿态细菌纤维素纤维实物图(a)，湿态导电改性细菌纤维素纤维实物图(b)，湿态氧化细菌纤维素纤维实物图(c)和湿态非对称导电纤维实物图(d)。
[0020]图3为细菌纤维素、PEDOT、GO导电改性细菌纤维素纤维的循环伏安曲线图(a)和交流阻抗曲线图(b)。
[0021]图4为不同浓度的细菌纤维素溶液制备的细菌纤维素纤维拉伸性能图(a)以及纯细菌纤维素纤维、导电改性细菌纤维素纤维、氧化改性细菌纤维素纤维素和非对称导电改性细菌纤维素纤维的拉伸性能图(b)。
[0022]图5为纤维素基非对称导电纤维区域1(氧化改性侧)扫描电镜图元素mapping分析
图。
[0023]图6为纤维素基非对称导电纤维区域2(导电改性侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.纤维素基非对称导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，溶解细菌纤维素：将细菌纤维素溶解在65 wt%~70 wt% ZnCl2溶液中，得到分散均匀的、细菌纤维素浓度为1.7
±
0.1 wt%的细菌纤维素溶液；步骤2，导电改性细菌纤维素：将导电物质加入细菌纤维素溶液中，充分搅拌使其分散均匀，得到纺丝原液1；步骤3，氧化细菌纤维素：在细菌纤维素水溶液中加入与高碘酸钠，避光条件下，在50
±
10℃氧化3~5 h，得到氧化细菌纤维素，再将氧化细菌纤维素溶解在65 wt%~70 wt% ZnCl2溶液中，得到氧化细菌纤维素的浓度为2
±
0.1 wt%的纺丝原液2；步骤4，纤维素基非对称导电纤维的制备：以...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙汴京，谭风燕，孙东平，陈春涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：