[發明專利]透明的離子導電纖維素水凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010581217.1
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111704728B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 呂昂;張猛;秦超然;錢心怡
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L1/02;C08K5/1515;C08K5/07;C08K5/19;G01B7/16;G01L1/20;G01L9/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發明公開了一種透明的離子導電纖維素水凝膠及其制備方法和應用。本發明將纖維素均勻分散在烷基氫氧化銨水溶液中，在?24℃下冷凍，完全冷凍后在室溫下解凍，離心脫泡后得到透明均一的纖維素溶液，加入交聯劑在冰水浴中機械攪拌20min后離心脫泡，通過流延法平鋪于玻璃板或其他光滑表面，在室溫下交聯后放入一系列電解質/水/有機溶劑中，在0℃的環境下靜置12～24h，得到透明的離子導電纖維素水凝膠。該發明通過在電解質水溶液中再生纖維素制備離子導電水凝膠，操作簡單方便，所得的離子導電纖維素水凝膠具有可調節的力學性能和電學性能，具有十分廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及天然高分子水凝膠領域，具體涉及一種透明的離子導電纖維素水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

隨著現代科技的發展，可再生資源和環境友好型資源在科學研究中的地位越來越重要。植物纖維素，作為自然界含量最豐富的天然高分子，由于其可再生性、可降解性、生物相容性、無毒性等性質一直是科學研究的重要方向。因此，植物纖維素在水處理、可穿戴器件、柔性電子材料、組織工程材料等方面有廣泛的應用前景。

目前，大部分傳統的導電水凝膠是由本征導電高分子與其他水凝膠基體復合形成的，但是由于導電高分子本身的剛性鏈結構，導致其加工性、伸縮性等方面存在缺陷。離子導電水凝膠由高分子組成水凝膠的微結構，而分散在微結構中的電解質溶液實現離子導電特性，因此具有透明、柔性、可拉伸等特性，是常規導電水凝膠的重要補充。

發明內容

為了克服現有技術手段的缺點和不足，本發明提供了一種制備高透明度的離子導電纖維素水凝膠及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種透明的離子導電纖維素水凝膠，其特征在于：以電解質、水或有機相溶液作為凝固浴，通過物理再生的方法制備得到透明的離子導電纖維素水凝膠；利用該方法得到的離子導電纖維素水凝膠的拉伸強度為2.5～6.8MPa；拉伸斷裂伸長率為188～234％；在550nm處的透光率為92.8～96.6％；導電率為0.37～2.59S/m；凝固點為-23.1～-32.1℃；該水凝膠在-32℃下仍可以正常工作而不喪失透明性。

第二方面，本發明提供一種制備上述透明的離子導電纖維素水凝膠的方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)將纖維素均勻分散于烷基氫氧化銨水溶液中，將分散液在-30～-10℃下冷凍至完全凍結，然后在室溫下解凍，離心脫泡后得到透明均一的纖維素溶液；所述的烷基氫氧化銨為四甲基氫氧化銨、三乙基甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、芐基三甲基氫氧化銨、芐基三乙基氫氧化銨中的一種或幾種混合物；

2)在步驟1)制備的纖維素溶液加入交聯劑，將混合溶液機械攪拌20min后離心脫泡，通過流延法平鋪于光滑的玻璃板上，在無風環境下靜置兩小時使纖維素充分交聯，得到纖維素凝膠；

3)將步驟2)制備的纖維素凝膠置于電解質溶液中，在0℃環境下放置的時間為12～24h，使其充分再生，得到離子導電纖維素水凝膠；所述電解質溶液中的電解質為可溶性無機、有機電解質，溶劑為水或能與水互溶的有機溶劑中任一。

作為優選方案，所述步驟1)中纖維素分子量為1.08×10⁵，溶劑為1.88mol/L的烷基氫氧化銨水溶液，所得的纖維素濃度為4～6wt％，冷凍溫度為-24℃，冷凍時間為12h。

進一步地，所述步驟2)中交聯劑為環氧氯丙烷、戊二醛或縮水甘油醚類中的一種或幾種混合物；所述交聯劑與纖維素中的單元葡萄糖摩爾比為0.23～0.46。

更進一步地，所述步驟3)中凝固浴的組成部分為電解質、水和有機溶劑；其中，所述電解質為可水溶的無機、有機電解質，濃度根據電解質在溶劑中的溶解度調節，有機溶劑為能與水互溶的有機試劑，有機相的質量濃度為0～70wt％。