[發明專利]一種高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠及制備方法

有效

• 申請號: 201910542444.0
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110240774B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 邱學青;劉偉峰;張曉;蔡俊奇;黃錦浩;楊東杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08L97/00;C08K3/08;C08J3/075
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔣劍明

本發明屬于高分子材料技術領域，公開了一種高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠及其制備方法。本發明復合導電水凝膠為木質素增強PVA水凝膠，具體為木質素混合PVA制成凝膠A后，依次浸泡水溶性銀鹽溶液，經還原劑還原，得到高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠。本發明通過在聚乙烯醇水凝膠中添加木質素，其自組裝形成納米微相分離結構，同時促進對Ag⁺的吸附；還原劑將吸附在水凝膠外表面上的Ag⁺還原，使水凝膠表面形成致密的納米銀顆粒簇。緊密的外部結構和松散的內部結構使水凝膠具有超高機械強度和韌性，及優異的導電性、抗菌性能，拉伸強度高達13.0MPa；斷裂伸長率高達1500％；電導率高達10.126S/m。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，特別涉及一種高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠，一種具有三維聚合物網絡結構的溶脹體，通過物理交聯或化學交聯形成，含有大量的水但不溶于水[Science.,2017,356,(6337).]，具有一系列優點，包括柔軟、豐富的含水量和良好的生物相容性等。水凝膠廣泛應用于生物醫學、組織工程、柔性電子、傳感器等領域[Adv Mater.,2016,28,(22):4497.]。但是傳統水凝膠的機械性能差，極大限制了其在柔性器件領域的潛在應用。近年來，大量報道通過構建能量犧牲鍵、物理雙網絡、靜電相互作用和氫鍵作用等增強水凝膠機械強度，但是具有優異導電性能的高強度水凝膠鮮有報道。Chen等[Adv.Funct.Mater.2019,29,(1):1806220.]通過將羥丙基纖維素(HPC)嵌入聚乙烯醇(PVA)中，然后在鹽溶液中浸泡，制備具有高彈性、高模量和高導電性的離子導電水凝膠，導電水凝膠的拉伸應力為1.3MPa，韌性為5.8MJ/m³，離子電導率達到3.4S/m。Lei等[Nature Communications.,2018,9.]制備了兼具廣泛機械性能和多種感官能力的超分子自愈合仿生皮膚，然而該水凝膠的機械強度很低。尋求集優良力學性能和高導電性于一體的功能水凝膠仍然是一個巨大的挑戰。

聚乙烯醇(PVA)含有大量羥基，可以通過物理或化學交聯形成水凝膠。由于其良好的生物相容性和可生物降解性，具有極大的潛在應用價值，有望被廣泛應用于各個領域。但是PVA水凝膠的機械性能較差，大大限制其推廣應用。文獻中大量使用氧化石墨、碳酸鈣、粘土、石墨烯和硫酸銨離子等無機材料增強水凝膠強度[Adv Mater.,2015,27,(7):1294.]，顯著降低了水凝膠的生物相容性和生物降解性。

木質素是植物中僅次于纖維素的第二大生物質資源，是具有芳環結構的天然高分子化合物，被譽為21世紀可被人類利用的最豐富的綠色資源之一[ChemRev 2016,116,(4):2275.]。由于其具有成本低、無毒、高熱穩定性、可生物降解、紫外吸收等性能，引起了研究者對木質素復合材料的極大關注。木質素含有豐富的含氧官能團(羥基、羧基等)，不僅可以和PVA鏈形成氫鍵作用，還可以螯合金屬離子，引入綠色木質素用于增強可生物降解的PVA水凝膠是制備高性能多功能綠色水凝膠的可行方法。但是木質素自身的團聚造成對水凝膠的增強效果有限，并且單純引入木質素無法賦予有效的抗菌性能。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠。

本發明另一目的在于提供一種上述高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠的制備方法。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠，為木質素增強PVA水凝膠，具體為木質素混合PVA制成凝膠A后，依次浸泡水溶性銀鹽溶液，經還原劑還原，得到高強度木質素/聚乙烯醇復合導電水凝膠。

所述PVA和木質素的質量比優選為2:1-10:1。

所述凝膠A中PVA的質量濃度優選為4.5-30％。