[发明专利]一种聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体及该弹性体的制备方法，包括以下步骤：从虾蟹壳中提取甲壳素，机械研磨制备甲壳素纳米纤维，原位聚合法制备聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体。该复合导电弹性体充分利用甲壳素纳米纤维的高强度，高比表面积和碳纳米管优良的电学、磁学力学性能提高了聚丙烯酰胺的机械强度和导电性。

技术领域

本发明涉及一种导电弹性体及其制备方法，尤其涉及一种聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体及其制备方法。

背景技术

聚丙烯酰胺（PAM）是一种线型高分子聚合物，具有典型的三维网络结构、安全无毒、良好的生物相容性等，广泛应用于组织工程及生物医药材料等领域。聚丙烯酰胺结构单元中含有酰胺基、易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，易通过接枝或交联得到支链或网状结构的多种改性物质。然而，由于其机械强度较低，使其在如人工肌肉骨骼、自适应穿戴拉伸、弯曲和移动的“电子皮肤”及生物传感器等研究领域中的应用受到限制。传统用于提高聚丙烯酰胺机械强度的方法包括：提高交联密度、降低凝胶溶胀度、化学改性以及构建互穿网络（IPN）结构等。但是这些方法相对而言实验过程较为繁琐，一定程度上限制了其应用领域。

甲壳素是自然界储存量第二大的天 然可再生生物资源，大量存在于废弃虾蟹的外壳中。经原纤化处理后获得的甲壳素纳米纤维(CNF)具有高强度，高比表面积等特点，使其作为生物增强相广泛用于提高复合材料的力学强度；且因其具有良好的生物相容性及可降解可再生性等，对开拓纳米纤维基复合材料在能够自适应穿戴拉伸、弯曲和移动的“电子皮肤”、“健康检测传感器”、“柔性储能材料”等具有广泛市场前景的生物医药新材料领域的应用具有重要意义。

碳纳米管（CNT）由于其优良的电学、磁学力学等性能，被广泛应用于介电材料、电极材料、纳米电子器件及电磁屏蔽材料等领域。将碳纳米管填充到聚合物基体中可以制备出导电性能优良复合材料。然而，由于碳纳米管具有比较大的长径比和比表面积，管间具有很强的范德华力和 π-π 共轭作用，在聚合物中易发生团聚，导致其在受力过程中易发生滑落而造成应力集中，无法达到增强效果。传统分散碳纳米管的方法需对碳纳米管进行“化学改性”，但这种方法不仅提高了碳纳米管的制备价格，且在改性过程中其电子传输通路易被破坏，致使导电性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提高聚丙烯酰胺的机械强度和导电性，制备了一种聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体，该复合导电弹性体充分利用甲壳素纳米纤维的高强度，高比表面积和碳纳米管优良的电学、磁学力学性能提高了聚丙烯酰胺的机械强度和导电性。

本发明所采取的技术方案为：一种聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体的制备方法，包括以下步骤

S01 从虾蟹壳中提取甲壳素，包括

a 将废弃虾或虾蟹壳清洗，磨粉后浸泡于酸溶液中去除虾或虾蟹壳粉末中的碳酸钙，之后用水洗涤至中性；

b将酸处理后的虾或虾蟹壳粉末加入碱溶液中，置于水浴锅中磁力搅拌，以去除粉末中的蛋白质，之后用水洗涤至中性；

c 将碱处理后的粉末浸泡于乙醇溶液中，以去除虾蟹壳粉末中的有色物质，获得纯化甲壳素；

S02 机械研磨制备甲壳素纳米纤维，包括

d制备S01获得的甲壳素的悬浮液，并将悬浮液置于研磨机中研磨，得到纯化甲壳素纳米纤维悬浮液；

S03原位聚合法制备聚丙烯酰胺/甲壳素纳米纤维/碳纳米管导电弹性体，包括

e配置丙烯酰胺与交联剂的混合溶液，

f将甲壳素纳米纤维与碳纳米管加入混合溶液中并进行超声处理，

g 向超声处理后的混合溶液中加入引发剂，