[发明专利]改性聚乙烯醇/纳米金属复合的柔性拉伸应变传感材料制备方法

说明书

本发明提供一种改性聚乙烯醇/纳米金属复合的柔性拉伸应变传感材料制备方法，包括如下步骤：将聚乙烯醇加入二甲基亚砜中，并加热到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液；将丁二酸酐和催化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中，室温下搅拌12～48h使其充分反应，获得改性混合溶液；以1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳化二亚胺盐酸盐、N‑羟基琥珀酰亚胺、纳米金属前驱体水溶液、端氨基超支化聚合物水溶液及步骤S2获得的所述混合溶液为原料进行反应，获得复合材料溶液；对步骤S3获得复合材料溶液进行后处理，获得改性聚乙烯醇/纳米金属复合柔性拉伸应变薄膜传感材料。本发明制备的材料，其柔性和弹性变形性能显著增加。

技术领域

本发明涉及传感器材料领域，具体涉及一种改性聚乙烯醇/纳米金属复合的柔性拉伸应变传感材料制备方法。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是一种性能优良，用途广泛的水溶性高聚物。由它制备的薄膜具有优异的阻氧性、阻油性、耐磨性、抗撕裂性、透明性、抗静电性、耐化学腐蚀性和溶剂选择性。其长链分子中含有大量羟基，但由于其侧基(-OH)体积较小，可进入结晶点中而不造成应力，故具有高度结晶性。因此，聚乙烯醇制备的各种材料在使用过程中柔性较差，几乎无拉伸弹性，无法作为拉伸形变材料使用。

超支化聚合物是一类具有类球形分子结构，富含大量端基，高溶解性、低粘度、高活性的聚合物。利用具有氨基的单体分子合成制备的端氨基超支化聚合物具有三维立体结构，表面分布大量伯氨基，内部含有亚氨基和叔氨基，且具有良好的溶解性和分散性。将超支化聚合物添加到高聚物中可有效提高高聚物的流变性能。基于超支化聚合物的三维立体结构，寻找一种方法将超支化聚合物接枝到聚乙烯醇分子链上，将会破坏聚乙烯醇分子链的排列规整度，使得分子链间距增大，分子链间交联纠缠，无规则卷曲增多，达到减少结晶区的目的，并有效改善材料的柔韧性和弹性。此外，通过氨基对金属离子的络合和吸附作用可将金属离子捕捉到超支化聚合物内部，然后利用还原剂或氨基自身的还原作用将金属离子还原成金属纳米材料，同时由于超支化聚合物的保护作用可以控制生成金属纳米材料的尺寸，使生成的纳米材料具有良好的分散稳定性。因此，基于端氨基超支化聚合物对聚乙烯醇的交联改性作用，以及对金属纳米材料的定位调控生成作用，可以利用聚乙烯醇为基材制备定位掺杂金属纳米材料的柔性材料。由于金属材料的导电性，以及纳米材料在聚乙烯醇中的分散性，当材料在拉伸变形的过程中，金属纳米颗粒间的脱离会导致材料导电性能的变化，因此可以作为良好的拉伸应变传感器材料，并可加工成薄膜、纤维等多种形状。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种改性聚乙烯醇/纳米金属复合的柔性拉伸应变传感材料制备方法，其工艺简单，能够使直链高分子聚乙烯醇上接枝具有类球形分子结构的超支化聚合物，并通过超支化聚合物使聚乙烯醇分子间交联，使得直链高分子聚乙烯醇结构规整度降低，弹性增加；本发明制备的材料可加工成薄膜、纤维等多种形态，具有良好的弹性和韧性，并且在拉伸应变中材料电阻会发生明显变化，是作为拉伸应变传感器的良好基材。具体技术方案如下所述：

本发明提供一种改性聚乙烯醇/纳米金属复合的柔性拉伸应变传感材料制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚乙烯醇加入二甲基亚砜中，并加热到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液；

S2、将丁二酸酐和催化剂加入到所述聚乙烯醇溶液中，室温下搅拌12～48h使其充分反应，获得改性混合溶液；

S3、以1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、纳米金属前驱体水溶液、端氨基超支化聚合物水溶液及步骤S2获得的所述混合溶液为原料进行反应，获得复合材料溶液；

S4、对步骤S3获得复合材料溶液进行后处理，获得改性聚乙烯醇/纳米金属复合柔性拉伸应变薄膜传感材料。

进一步地，步骤S1中，所述聚乙烯醇溶液浓度为5～30g/L。