[發明專利]一種纖維素導電水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 202210448426.8
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114672044A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張代暉;蹇均宇;謝宜彤;高士帥;王春鵬;儲富祥
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院林產化學工業研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L33/26;C08L1/04;C08L33/06;C08K3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種纖維素導電水凝膠及其制備方法，將氫氧化鈉、尿素和水混合，制得氫氧化鈉/尿素水溶液體系；取微晶纖維素加入氫氧化鈉/尿素水溶液體系中，制得微晶纖維素溶液；將微晶纖維素溶液倒入模具中，將模具置于未浸沒模具的乙醇中，之后將形成的一級網絡浸泡在去離子水中置換殘留的氫氧化鈉/尿素至中性，制得纖維素一級網絡水凝膠；將單體、交聯劑、熱引發劑和水混合，并攪拌使其溶解，得到二級網絡溶液；將纖維素一級網絡水凝膠浸泡在二級網絡溶液中，然后放入玻璃模具中，在水浴中交聯聚合，得到纖維素雙網絡水凝膠；將纖維素雙網絡水凝膠浸泡在氯化鐵溶液中，取出樣品擦干，去除表面附著的氯化鐵溶液，即得纖維素導電水凝膠。

技術領域

本發明屬于水凝膠制備技術領域，具體涉及一種高強度、多交聯纖維素導電水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一類含有大量親水基團的三維網絡結構凝膠，它既有軟、弱的特性，也可具有硬、韌的特性。與其他“硬”的聚合物相比，水凝膠易對外界刺激做出響應，在食品、農業及林業等多個領域具有廣闊的應用前景。纖維素水凝膠因其優異的生物相容性、生物降解性而受到廣泛關注。然而，由于纖維素剛性分子鏈結構難以有效進行能量耗散，纖維素水凝膠通常力學強度較差，作為柔性傳感器在產生形變或遭受外力時傳感性能不穩定，從而限制了其應用范圍。

目前，通過引入有效能量耗散機制，或克服水凝膠固有的結構不均勻性，制備的增強水凝膠材料主要有雙網絡型水凝膠、納米粘土復合型水凝膠、滑環型水凝膠、四臂PEG水凝膠。其中，雙網絡策略是制備具有較高力學性能水凝膠材料的有效途徑。然而，與PVA等合成水凝膠相比，其力學強度仍然較弱，難以滿足高強度應用需求。

通過在雙網絡水凝膠網絡結構中引入金屬離子配位鍵，可以提高水凝膠的力學性能。并且，三價金屬離子配位作用對水凝膠力學性能增強作用明顯高于二價金屬離子。本發明合理提出一種多交聯纖維素導電水凝膠的制備方法。利用乙醇誘導纖維素溶液形成多孔水凝膠，丙烯酸和丙烯酰胺單體通過多孔結構擴散到一級網絡水凝膠中，通過共聚制備纖維素雙網絡水凝膠。將纖維素雙網絡水凝膠浸入氯化鐵溶液，使三價鐵離子擴散到凝膠網絡中，形成離子和羧基之間的配合，構建一種高強度、多交聯、具有導電性能的纖維素/聚丙烯酰胺-聚丙烯酸/氯化鐵復合水凝膠。

發明內容

解決的技術問題：本發明要解決的技術問題是克服纖維素水凝膠力學強度較差的缺陷，提供一種高強度、多交聯纖維素導電水凝膠的制備方法。本發明為解決上述技術問題，提出將金屬配位鍵引入纖維素雙網絡水凝膠中，形成多交聯的高強度纖維素水凝膠；并且由于金屬離子的加入，水凝膠具備離子導電性。制備的水凝膠具有強韌的特性，優秀的電導率。