[发明专利]一种羧基化多壁碳纳米管/PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法

说明书

本发明提出一种羧基化多壁碳纳米管/PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，解决了现有导电聚乙烯醇复合水凝胶制备周期长且机械强度低的问题。本发明以丙三醇‑水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以多壁碳纳米管和PBS微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明的方法大大缩短的聚乙烯醇导电水凝胶的制备周期，并且制备的聚乙烯醇复合导电水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。

技术领域

本发明属于水凝胶制备领域，特别是指一种羧基化多壁碳纳米管/PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种功能高分子材料，由三维网络结构的高分子和充塞其网链间隙中的水分子介质构成。水凝胶柔软而富有弹性，可在水中溶胀，且能对外界微小的刺激产生显著的应答，具有智能性，故近年来引起了广泛研究。研究主要集中在新型水凝胶的制备及新的水凝胶应用领域。水凝胶应用广泛，可用作药物控制释放材料、组织填充材料、人工软骨、化学阀、调光材料、生物传感器、组织培养等。聚乙烯醇是一种由聚醋酸乙烯酯水解而成的，且分子链上含有大量极性羟基的水溶性聚合物。聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有良好的润滑、摩擦、高弹性能,良好的生物相容性、化学稳定性、生物可降解性,是生物医学和组织工程中有发展前景的组织替代和修复材料。但是,将PVA水凝胶应用于组织工程材料,还存在许多力学性能、生物相容性等多方面的问题。

近年来导电水凝胶作为多功能智能水凝胶家族的新成员而倍受关注，导电水凝胶一般由导电材料与水凝胶基体两部分构成且囊括了其双组份各自独特的性能。导电材料通过共聚交联或接枝反应而嵌入到凝胶三维网络中在保持水凝胶优良特性的同时凭借其独特的电子共轭体系所产生的载流子跃迁性能赋予水凝胶电子传输能力，根据其电导率分布范围导电水凝胶有望应用于导电薄膜电传感器电刺激药物释放系统和生物燃料电池等诸多领域，但是 目前大多数导电水凝胶力学强度较弱，黏弹性不足且导电性较差难以满足实际应用的需要。

在水凝胶基体中引入纳米材料是提高其力学性能并同时实现功能化的重要方法，例如将纤维素纳米晶体、石墨烯、纳米TiO2等作为增强相加入水凝胶体系中以此增强水凝胶的力学性能热性能等， 因此增强材料的选择成为拓展复合凝胶应用的研究热点。碳纳米管CNTs具有独特的一维纳米结构和优异的力学电学热稳定性及磁学性能近年来其在高分子材料增强功能材料制备和生物医学等领域显示出诱人的应用前景广受研究者关注。

原位成纤是一种在加工过程中，两种热力学不相容且具有不同熔点的聚合物在其熔点以上的温度下拉伸，分散相在拉伸流场和剪切流场的共同作用下形成具有一定长径比的微纤，原位形成一种纤维增强材料的方法。在原位成纤增强技术的研究中，目前还没有采用原位成纤增强聚乙烯醇水凝胶的相关研究报道。

脂肪族聚酯主链中含有大量易水解的酯键，且主链柔顺，酯键容易与微生物、酶以及水分子相互作用而降解，其作为绿色环境友好材料已成为世界范围内研究开发的热点。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一种典型的脂肪族聚酯，具有诸多优点：PBS力学性能优异，与通用塑料PE、PP力学性能相近；耐热性能好，加工性能良好，可在现有塑料加工通用设备上进行成形加工，是现有的可降解塑料中加工性能最好的。本专利首先采用熔融挤出、拉伸的方法使PBS在PVA中形成原位微纤，然后利用这种原位微纤复合材料与多壁碳纳米管共混制备水凝胶，在水凝胶中微纤结构与多壁碳纳米管协同对基体起到增强作用。

发明内容

本发明提出一种羧基化多壁碳纳米管/PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合导电水凝胶的制备方法，解决了现有导电聚乙烯醇复合水凝胶制备周期长且机械强度低的问题。本发明以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以多壁碳纳米管和PBS微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明的方法大大缩短的聚乙烯醇导电水凝胶的制备周期，并且制备的聚乙烯醇复合导电水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：