[发明专利]聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶制备法

说明书

本发明涉及的是一种聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶的制备方法，包括以下工艺步骤：（a）从竹粉中提取纤维素；（b）将纤维素原纤化处理制备纳米纤维素；（c）制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶；（d）制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶。优点：1）纤维素来源广泛、安全无毒、环保可再生；2）纳米纤维素是一种性能优良的纳米填充相；3）添加纳米纤维素后的聚丙烯酰胺复合凝胶抗压强度显著增加；4）制备的聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶中，纳米纤维素与碳纳米管相互贯穿，构建致密的三维纳米导电网络结构，赋予聚丙烯酰胺基凝胶优良的力学性能及导电性能。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶的制备方法，属于纳米纤维素复合材料领域。

背景技术

聚丙烯酰胺凝胶是一种有机的高分子聚合物，其分子链上含有大量羟基、羧基等亲水基团，因此具备很强的吸水及保水能力。在生物医药领域，常用于人造软骨、关节、支架以及生物传感器等。但由于其力学性能较差，抗压强度较低，严重限制了其应用范围。

纤维素是自然界中储量最为丰富的一种多糖类天然高分子材料。广泛存在于植物细胞壁中，是细胞壁的主要成分。因其具备环保可再生、低成本、高比表面积、良好的生物相容性、高强度、高结晶度等特点，作为纳米增强相广泛应用于复合材料的制备。

利用纳米纤维素和丙烯酰胺单体经混合法制备功能性复合凝胶是一种简单方便的方法。制备所得的复合凝胶力学强度较高，可用作人造软骨、关节、支架等基材应用于生物医疗等领域。进一步制备获得的导电复合凝胶可广泛用于生物传感器、储氢、超级电容器电极等领域。

发明内容

本发明提出了一种聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶，旨在制备出一种具有良好力学性能的聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶

本发明的技术解决方案：一种聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶的制备方法，其特征是包括以下工艺步骤：

（a）从竹粉中提取纤维素；

（b）将纤维素原纤化处理制备纳米纤维素；

（c）制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶；

（d）制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶。

本发明的优点：

1）原料纤维素具有环保可再生，低成本，生物相容性好，可循环利用等特点；

2）将纤维素原纤化处理可制备获得纳米纤维素，纳米纤维素具有高强度、高比表面积、高结晶度等特性，并且作为一种较好的纳米填充相，用于增强复合材料的力学性能；

3）聚丙烯酰胺凝胶是一种有机高分子聚合物，具有良好的水溶性，絮凝性以及生物相容性，常应用于污水处理、造纸工业、生物医药等行业，在医疗领域中，可应用于人造软骨、关节、支架等；

4）制备的聚丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶中纳米纤维素存在于聚丙烯酰胺的多孔网络结构中，与基材紧密相连。与纯聚丙烯酰胺凝胶相比，添加纳米纤维素后的聚丙烯酰胺复合凝胶抗压强度显著增加：当加入1 wt%纳米纤维素时，复合凝胶的抗压强度是纯聚丙烯酰胺凝胶抗压强度的3倍。当加入3 wt%纳米纤维素时，复合凝胶的抗压强度是纯聚丙烯酰胺凝胶抗压强度的5倍。当加入5wt%纳米纤维素时，复合凝胶的抗压强度是聚丙烯酰胺凝胶抗压强度的6倍；

5）制备所得的聚丙烯酰胺/纳米纤维素/碳纳米管导电复合凝胶中，纳米纤维素与碳纳米管相互缠结，构建致密的三维纳米导电网络结构，与聚丙烯酰胺基体复合后，赋予复合凝胶导电性能，测试结果表明：当添加了1wt%碳纳米管后，复合凝胶的导电率为9×10-3S/cm, 抗压强度高达3.8 MPa，为纯聚丙烯酰胺强度的10倍。

具体实施方式