[发明专利]一种高导光、高保湿纳米复合水凝胶光纤及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高导光、高保湿纳米复合水凝胶光纤及其制备方法，包括：原料组分体系通过原位聚合并同步拉伸获得。所得材料具有较好的导光性能、柔韧性能还具有多种环境适应性能。本发明不仅是水凝胶光纤获得了多种性能的显著提升且制备所需原料易得，工艺简单，极具工业化生产潜力，有望应用于多种环境下的生物传感器件。

技术领域

本发明属于功能性复合水凝胶光纤的制备领域，特别涉及一种高导光、高保湿纳米复合水凝胶光纤及其制备方法。

背景技术

光纤传感器固有的安全性好、电磁干扰小、绝缘强度高，可有效避免外界电磁信号干扰的影响。但是传统的光纤材料受限于坚硬的玻璃或塑料，虽然具有很好的光传导能力但是并不能适用于柔韧且复杂的人体形变，从而限制了其在新型可穿戴设备领域的应用。

水凝胶是一种由亲水性高分子在水中交联而成的胶状材料，柔软而坚韧，并具有较好的形变能力。将其加工成光纤材料，能够承受较大的伸长、弯曲以及压力形变。国外研究学者通过模板法制备的海藻酸钠/PEGDA凝胶光纤不仅制备耗时长而且极易脱水，难以长时间使用。其他现有方法也基本是基于模板法制备凝胶光纤，而其均受限于复杂的加工方式与易受环境影响的因素，目前所报道的水凝胶光纤并不能满足实际生产与应用。

CN103408683A公开了一种物理/化学交联的光热响应水凝胶，由于其内部具有高度交联的三维网络结构，难以在成型后加工成为水凝胶纤维。

CN105592865A公开了一种通过紫外线辐射制备水凝胶光纤，该光纤可具有高均匀性和透明度。然而所制备的水凝胶纤维易受环境影响，出现吸水或失水现象从而产生形变。为了克服交联网络造成的难以加工水凝胶光纤的问题以及所制备水凝胶光纤易受环境影响的因素，通过本发明便可制备一种高导光、高保湿纳米复合水凝胶光纤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高导光、高保湿纳米复合水凝胶光纤及其制备方法，克服现有技术水凝胶光纤复杂加工手段、力学强度较弱与易脱水等难题，本发明采用聚合-拉伸同步进行的方法制备。

本发明的一种纳米复合水凝胶光纤，所述光纤由包含下列组分的体系经原位聚合并同步拉伸获得；其中反应体系组分包括：溶剂、无机交联剂、高透光性单体、引发剂，在常温下反应共聚获得；其中溶剂为水和甘油的混合物。

将溶剂与无机纳米粒子和凝胶单体组成的预聚液在管中进行预聚，待其反应一定时间后，形成具有一定连续性但仍未反应完全的初生水凝胶，通过原位聚合的过程中对其进行拉伸取向与定型，直至其交联结构变得致密，形貌变得均一，即得。

所述无机交联剂为锂皂土Laponite和/或二氧化硅；高透光性单体为丙烯酰胺AAm与寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯OEGMA；引发剂为为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或几种；体系中还包括加速剂；其中加速剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺，N，N-二甲基苯胺中的一种。

本发明的一种纳米复合水凝胶光纤的制备方法，包括：

(1)将无机交联剂、溶剂、高透光性单体、引发剂，混匀，得到凝胶预聚液；

(2)将上述凝胶预聚液中加入加速剂后，转移到反应管中进行预聚反应，反应3-20min后，挤出反应管中尚未形成完整网络的初生水凝胶，并采用卷绕装置对该初生水凝胶进行同步拉伸至尺寸均匀，待其形成稳定结构，即成型，得到纳米复合水凝胶光纤。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中溶剂为水与甘油的混合溶液，即为双组份溶剂；其中甘油与水的体积比为1:10-1:1。