[发明专利]一种复合水凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种复合水凝胶，其特征在于：包括以下重量配比的原料：

聚乙烯醇：40％～72％

羧甲基纤维素钠：5％～35％

吡咯：4％～25％

戊二醛：0.5％～2.5％

FeCl₃：1.5％～4.5％；

所述的复合水凝胶的制备方法：首先将聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠及单体吡咯共混合后，以戊二醛作为交联剂，在酸性条件下，制备得到包埋有CMC及Py的聚乙烯醇单网络水凝胶，随后在低温下，将所得单网络水凝胶浸泡于FeCl₃溶液中，制得聚吡咯/羧甲基纤维素钠-Fe³⁺/聚乙烯醇双网络复合水凝胶。

2.根据权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)制备包埋有CMC及单体Py的聚乙烯醇单网络水凝胶：

将PVA和CMC溶解于90℃-100℃的二次蒸馏水中，磁力搅拌使二者混合均匀，给混合溶液中缓慢滴加稀盐酸，调节pH为2.0-5.0，随后加入吡咯溶液并于氮气氛围下搅拌30min，待溶液混合均匀后加入戊二醛水溶液，搅拌均匀，将混合溶液倒入水凝胶预制模具中，在水浴条件下反应30～90min，得到包埋有CMC及单体py的聚乙烯醇单网络水凝胶；

(2)制备PPy/CMC-Fe3+/PVA双网络复合水凝胶：

将步骤(1)中制备所得包埋有CMC及单体Py的聚乙烯醇单网络水凝胶浸泡到三氯化铁溶液中，保持低温状态浸泡；在此过程中，Fe3+既能同步与CMC分子链间发生络合交联，从而得到CMC-Fe³⁺的第二层高分子网络结构，也是聚吡咯形成的氧化剂及掺杂剂，最终得到掺杂有聚吡咯PPy的PPy/CMC-Fe³⁺/PVA双网络复合水凝胶。

3.根据权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，PVA溶液的浓度为0.10～0.15g/mL，CMC溶液的浓度为0.03～0.07g/mL，戊二醛溶液的浓度为4.0～6.0mg/mL，Py溶液的浓度为0.2～1.0mol/L，其中，PVA溶液、CMC溶液、戊二醛溶液与Py溶液的体积比为15：8：0.5：1～25：15：1.0：1；稀盐酸的体积浓度为10％～15％；滴加速度为20μL/min。

4.根据权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，水浴的温度控制在40～70℃。

5.根据权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所用三氯化铁溶液的浓度为0.6mo/L-3.0mol/L，控制溶液中Fe³⁺与水凝胶中Py的物质的量之比为1:2～1:4。

6.根据权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述单网络水凝胶浸泡到FeCl₃溶液中保持0～4℃的低温环境，且浸泡时间为18～24h。

7.根据权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)所得的双网络复合水凝胶浸泡于去离子水中24～48h；期间每隔6h换一次水，以去除水凝胶网络内未反应的FeCl₃。

8.一种权利要求1所述的复合水凝胶在应变传感贴片中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：将复合水凝胶用于制备具有导电性能的双网络水凝胶应变传感贴片，包括以下步骤：将所得复合水凝胶裁成长为1cm、宽为0.5cm的小片，以黏性塑料薄膜为载体，将其黏附在塑料薄膜上，然后在复合水凝胶的左右两侧距离边缘3mm处的下方分别埋置直径为3mm的铜导线两根，并在复合水凝胶与铜导线的交界处用铜箔胶带纸固定完全，制备得到具有导电性能的双网络水凝胶应变传感贴片。