[發(fā)明專利]改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合的柔性拉伸應(yīng)變傳感材料制備方法

有效

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• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112480581B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張德鎖;姚雪烽;熊佳慶
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08L87/00;C08K3/08;D01F8/10;D01F8/16;D01F1/10;G01B7/16
• 代理公司: 蘇州簡理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32371
• 代理人: 楊瑞玲

本發(fā)明提供一種改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合的柔性拉伸應(yīng)變傳感材料制備方法，包括如下步驟：將聚乙烯醇加入二甲基亞砜中，并加熱到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液；將丁二酸酐和催化劑加入到所述聚乙烯醇溶液中，室溫下攪拌12～48h使其充分反應(yīng)，獲得改性混合溶液；以1?(3?二甲基氨基丙基)?3?乙基碳化二亞胺鹽酸鹽、N?羥基琥珀酰亞胺、納米金屬前驅(qū)體水溶液、端氨基超支化聚合物水溶液及步驟S2獲得的所述混合溶液為原料進行反應(yīng)，獲得復(fù)合材料溶液；對步驟S3獲得復(fù)合材料溶液進行后處理，獲得改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合柔性拉伸應(yīng)變薄膜傳感材料。本發(fā)明制備的材料，其柔性和彈性變形性能顯著增加。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合的柔性拉伸應(yīng)變傳感材料制備方法。

背景技術(shù)

聚乙烯醇(PVA)是一種性能優(yōu)良，用途廣泛的水溶性高聚物。由它制備的薄膜具有優(yōu)異的阻氧性、阻油性、耐磨性、抗撕裂性、透明性、抗靜電性、耐化學(xué)腐蝕性和溶劑選擇性。其長鏈分子中含有大量羥基，但由于其側(cè)基(-OH)體積較小，可進入結(jié)晶點中而不造成應(yīng)力，故具有高度結(jié)晶性。因此，聚乙烯醇制備的各種材料在使用過程中柔性較差，幾乎無拉伸彈性，無法作為拉伸形變材料使用。

超支化聚合物是一類具有類球形分子結(jié)構(gòu)，富含大量端基，高溶解性、低粘度、高活性的聚合物。利用具有氨基的單體分子合成制備的端氨基超支化聚合物具有三維立體結(jié)構(gòu)，表面分布大量伯氨基，內(nèi)部含有亞氨基和叔氨基，且具有良好的溶解性和分散性。將超支化聚合物添加到高聚物中可有效提高高聚物的流變性能。基于超支化聚合物的三維立體結(jié)構(gòu)，尋找一種方法將超支化聚合物接枝到聚乙烯醇分子鏈上，將會破壞聚乙烯醇分子鏈的排列規(guī)整度，使得分子鏈間距增大，分子鏈間交聯(lián)糾纏，無規(guī)則卷曲增多，達到減少結(jié)晶區(qū)的目的，并有效改善材料的柔韌性和彈性。此外，通過氨基對金屬離子的絡(luò)合和吸附作用可將金屬離子捕捉到超支化聚合物內(nèi)部，然后利用還原劑或氨基自身的還原作用將金屬離子還原成金屬納米材料，同時由于超支化聚合物的保護作用可以控制生成金屬納米材料的尺寸，使生成的納米材料具有良好的分散穩(wěn)定性。因此，基于端氨基超支化聚合物對聚乙烯醇的交聯(lián)改性作用，以及對金屬納米材料的定位調(diào)控生成作用，可以利用聚乙烯醇為基材制備定位摻雜金屬納米材料的柔性材料。由于金屬材料的導(dǎo)電性，以及納米材料在聚乙烯醇中的分散性，當(dāng)材料在拉伸變形的過程中，金屬納米顆粒間的脫離會導(dǎo)致材料導(dǎo)電性能的變化，因此可以作為良好的拉伸應(yīng)變傳感器材料，并可加工成薄膜、纖維等多種形狀。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合的柔性拉伸應(yīng)變傳感材料制備方法，其工藝簡單，能夠使直鏈高分子聚乙烯醇上接枝具有類球形分子結(jié)構(gòu)的超支化聚合物，并通過超支化聚合物使聚乙烯醇分子間交聯(lián)，使得直鏈高分子聚乙烯醇結(jié)構(gòu)規(guī)整度降低，彈性增加；本發(fā)明制備的材料可加工成薄膜、纖維等多種形態(tài)，具有良好的彈性和韌性，并且在拉伸應(yīng)變中材料電阻會發(fā)生明顯變化，是作為拉伸應(yīng)變傳感器的良好基材。具體技術(shù)方案如下所述：

本發(fā)明提供一種改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合的柔性拉伸應(yīng)變傳感材料制備方法，包括如下步驟：

S1、將聚乙烯醇加入二甲基亞砜中，并加熱到40～80℃使其充分溶解得到聚乙烯醇溶液；

S2、將丁二酸酐和催化劑加入到所述聚乙烯醇溶液中，室溫下攪拌12～48h使其充分反應(yīng)，獲得改性混合溶液；

S3、以1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亞胺鹽酸鹽、N-羥基琥珀酰亞胺、納米金屬前驅(qū)體水溶液、端氨基超支化聚合物水溶液及步驟S2獲得的所述混合溶液為原料進行反應(yīng)，獲得復(fù)合材料溶液；

S4、對步驟S3獲得復(fù)合材料溶液進行后處理，獲得改性聚乙烯醇/納米金屬復(fù)合柔性拉伸應(yīng)變薄膜傳感材料。

進一步地，步驟S1中，所述聚乙烯醇溶液濃度為5～30g/L。