[發明專利]一種聚乙烯醇導電水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 201710892872.7
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107474265A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 江獻財;彭水嬌;項南平;侯琳熙
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L29/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于功能高分子材料技術領域，具體涉及一種高強度的聚乙烯醇導電水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠是一種含有大量水分的三維聚合物網絡結構。由于具有和人類組織高度的相似性，使得水凝膠在生物組織工程、仿制皮膚等領域具有重要的潛在應用價值。近年來，智能水凝膠受到人們的廣泛關注。導電聚合物基水凝膠是智能水凝膠中重要的一種，其同時擁有導電性和水凝膠的特性，已引起越來越廣泛的關注。導電水凝膠包括聚電解質導電水凝膠、導電高分子基水凝膠等。近年來，在導電高分子水凝膠領域的研究報道越來越多，合成的高分子和天然高分子均被用來制備導電水凝膠。

聚乙烯醇是一種重要的高分子材料，凝膠是其重要的材料形式。聚乙烯醇水凝膠具有良好的生物相容性和生物降解性。聚乙烯醇水凝膠可通過兩種方式成型，一種是通過冷凍解凍法構筑得到聚乙烯醇水凝膠的物理交聯法，一種是加入戊二醛等交聯劑的化學交聯法。物理交聯法能最大程度的保留聚乙烯醇水凝膠的生物相容性，但冷凍解凍時間長，不宜工業化生產。化學交聯法生產效率更高，但會引入戊二醛等有機小分子，破壞聚乙烯醇水凝膠的生物相容性。

Shengjie Shi等將大量甘油加入到聚乙烯醇水溶液中，通過氫鍵作用構筑得到聚乙烯醇甘油超分子水凝膠。該水凝膠同時具有高的強度和熱塑性（Polymer, 2017, 111, 168-176）。Jue Hou等通過將氯化鈉加入到支鏈淀粉溶液中，通過鹽析作用得到了具有自修復性能的淀粉基高分子凝膠（J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 13138）。本課題組也通過將冷凍解凍后形成的聚乙烯醇水凝膠浸入飽和氯化鈉溶液中浸泡，得到了高強度的聚乙烯醇水凝膠（Materials letters, 2017, 194, 34-37）。但這些凝膠制備中均存在制備過程復雜、制備出的凝膠電導率不高等問題。基于前人研究結果，本發明創造性的提出通過氫鍵作用和鹽析效應協同構筑得到高機械強度和電導率的聚乙烯醇凝膠電解質。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效的聚乙烯醇導電水凝膠的制備方法，其針對聚乙烯醇水凝膠存在的導電性差、制備過程復雜等問題，通過氫鍵復合網絡和鹽析效應，快速構筑得到高電導率和機械強度的聚乙烯醇水凝膠。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種聚乙烯醇導電水凝膠，其制備方法包括以下步驟：

1）將一定量的聚乙烯醇加入到去離子水中，加熱攪拌溶解，得到聚乙烯醇水溶液；

2）往所得聚乙烯醇水溶液中依次加入一定量的甘油和氯化鈉，通過氫鍵網絡作用和鹽析效應得到所述聚乙烯醇導電水凝膠。

其中，所述聚乙烯醇水溶液的濃度為5 wt%~20 wt%。

所加入甘油和氯化鈉的量分別為聚乙烯醇重量的300~500%和50~200%。

本發明的顯著優點在于：

（1）聚乙烯醇具有良好的生物相容性和生物降解性，本發明以聚乙烯醇為原料，且加入的輔助原料僅有甘油和氯化鈉，其生產成本低，且原料綠色環保；

（2）本發明制備工序簡單，借助氫鍵網絡構筑和鹽析效應的成膠方式，避免了傳統的聚乙烯醇的冷凍解凍成膠或加入戊二醛等交聯劑的成膠方式存在的問題，生產工序簡單高效，能耗小；

（3）本發明中制備的聚乙烯醇水凝膠具有高的電導率，且還具備一定的機械強度。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。具體實施方式中所涉及份數均為重量份。

實施例1

取1.0份的聚乙烯醇，加入到5.0份的去離子水中，加熱攪拌溶解得到聚乙烯醇水溶液；往聚乙烯醇水溶液中加入4.0份甘油和1.0份氯化鈉，并加熱溶解，得到均勻溶液，待所得均勻溶液冷卻，即可得到聚乙烯醇導電水凝膠。

將所得凝膠切成長50 mm、寬5 mm的啞鈴型樣條，并在萬能材料試驗機上進行測試。測得其拉伸強度為0.36 MPa，斷裂伸長率為684%；在電化學工作站上采用交流阻抗譜法測定材料的電導率。測得其電導率為5.7 S/m。

實施例2

取1.0份的聚乙烯醇，加入到5.0份的去離子水中，加熱攪拌溶解得到聚乙烯醇水溶液；往聚乙烯醇水溶液中加入5.0份甘油和2.0份氯化鈉，并加熱溶解，得到均勻溶液，待所得均勻溶液冷卻，即可得到聚乙烯醇導電水凝膠。