[发明专利]绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法和应用，本发明的绿色柔性导电抗冻水凝胶可以在常温和低温下可以监测人类运动；本发明以聚乙烯醇(PVA)、植酸(PA)、木质素磺酸钠(LS)、聚丙烯酰胺(PANI)、FeCl₃和甘油为材料，PA、LS、PANI加入到PVA水凝胶中，可以大大改善纯PVA水凝胶机械性能差、不导电的缺陷，PANI还可以赋予水凝胶热敏的特性，FeCl₃和甘油的引入，可以提高复合水凝胶的导电和保水抗冻特性。同时，PA、LS与PVA、甘油相互作用所形成的氢键还使得复合水凝胶有着自愈合的性能；本发明的绿色柔性导电抗冻水凝胶绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法简单，操作方便，并且材料来源“绿色”，制备出的复合水凝胶可重复使用。

技术领域

本发明属于高分子材料和柔性电子技术领域，具体涉及一种绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一种含水量很高的，通过物理或化学交联可形成3D网络结构的一种材料，它具有良好的生物相容性，在生物医用、组织工程、可穿戴电子设备、柔性传感器等方面应用广泛。但是传统水凝胶机械性能较差，并且不导电，需要添加一些无机材料以增强其机械性能和导电性，而这种复合水凝胶往往不可降解，削弱水凝胶“绿色”的优势，会对环境产生负面的影响。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法，在制备过程中，将具有良好生物可降解的绿色材料木质素磺酸钠和植酸(PA)引入到导电水凝胶中，同时加入具有热敏性能的聚苯胺纤维和保水抗冻性能的甘油，FeCl₃可以增加水凝胶中的离子导电性，这些材料的加入还大大提高了水凝胶的机械性能，使复合水凝胶的性能大大丰富。

本发明的第二个目的是提供上述绿色柔性导电抗冻水凝胶。

本发明的第三个目的是提供上述绿色柔性导电抗冻水凝胶的应用。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种绿色柔性导电抗冻水凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将PVA和LS混合物在二氯亚砜(DMSO)/水共溶剂中以200-350rpm的转速在100-135℃下搅拌2.5-5h，得到溶液A；

(2)将PVA和FeCl₃溶解在PA的水溶液中，混合物在75-90℃下搅拌2.5-5h，得到溶液B；

(3)将溶液A和溶液B混合均匀，冷却至40-60℃，倒入模具中，并于低温下放置10-20h形成水凝胶；然后将所得水凝胶放入水中2-5天，以从水凝胶中置换出DMSO；

(4)将苯胺加入到乙醇/水溶液中，在超声的作用下均匀分散成纳米级苯胺悬浮液。将过硫酸铵(APS)溶在去离子水中，并加入到苯胺溶液中混合均匀，聚合形成聚苯胺纳米纤维；

(5)将步骤(3)得到的水凝胶转移到步骤(4)的混合溶液中，浸泡一段时间；

(6)将步骤(5)中的水凝胶转移到甘油中放置几天，得到绿色柔性导电抗冻水凝胶。

优选地，步骤(1)中，LS/PVA混合物中的LS质量分数为5.1-9.9wt％，DMSO/H₂O的体积比为5/5-7/3。

优选地，步骤(2)中，FeCl₃的浓度为0.002-0.03mol/L，PVA的质量分数为10％-30％。

优选地，步骤(3)中，低温为-10-10℃。

优选地，步骤(4)中，乙醇与水体积比为1：4-1：1；过硫酸铵和苯胺的摩尔比为1.1：1-1.8：1。

优选地，步骤(5)中，浸泡时间为1.5-3h。