[发明专利]一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及智能材料领域，公开了一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维及其制备方法。本发明以聚乙烯醇、丙烯酰胺、N‑羟乙基丙烯酰胺、碳纳米管为单体，采用化学交联并同物理交联的方式获得具有自我修复能力的水凝胶，采用湿法纺丝的方法获得了可导电的水凝胶纤维，同时水凝胶还具有较好的韧性，和柔性，可将其编织成纤维布，还可与其它纤维混编成各种功能织物，或单纯作为导线。

技术领域

本发明涉及智能材料领域，尤其涉及一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维及其制备方法。

背景技术

水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。PVA水凝胶具有良好的非毒性与生物相容性，可以应用于日常生活中，甚至是应用于生物医学中。

水凝胶通常存在凝胶强度低、韧性差和吸水速度慢等缺点，无法满足使用的要求。所以采用交联的方式来增强水凝胶的强度与韧性等机械性能来加强水凝胶的可使用性，拓展水凝胶的使用范围，交联的方式可分为物理交联和化学交联两大类。而单单物理交联或化学交联都不能得到理性强度的水凝胶，所以双交联模式被纳入了水凝胶的设计思考范围内。

纤维用途广泛，可织成细线、线头和麻绳，造纸或织毡时还可以织成纤维层；同时也常用来制造其他物料，及与其他物料共同组成复合材料，在人类生活中具有极大的用途，纤维的使用往往需要纤维具备一定的强度，而经过双交联的水凝胶可以胜任这项“织物”。

材料的自修复能力大致可分为两大类，外援性自修复和本征自修复，外援性自修复是借助材料包裹的可修复单体或粘合剂来实现自修复，修复性能有限。所以我们逐渐将目光移向本征自修复材料。希望自修复材料能够通过自身的特殊作用自我修复自身收到的损伤。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维及其制备方法。本发明通过物理-化学双交联方法制得具有优异机械性能的水凝胶纤维，具有较高的强度、韧性、高透明性，更具备了被切断后的自修复能力，提高了材料的耐用性能。本发明采用共聚合方法，实现了化学交联，再采取了反复冷冻解冻的方法使得水凝胶内部出现了微晶区，实现了物理交联。采用本发明方法制备的水凝胶纤维具有良好的机械性能、高透明性、自我修复性。

本发明的具体技术方案为：一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维，包括如下原料：M_w 89000-98000，醇解率＞99%的聚乙烯醇、丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

作为优选，所述丙烯酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺的质量比为（40:60）-（30:70）。

一种具有自修复性能的导电水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、溶解聚乙烯醇：将聚乙烯醇加入去离子水中，水浴加热至70-80℃，通过剧烈搅拌使聚乙烯醇溶解，然后静置待聚乙烯醇完全溶解后，得到聚乙烯醇溶液，待用。

聚乙烯醇由于具备一定的聚合度，所以需要在一定的升温和搅拌的条件下，促进溶剂分子向聚合物内扩散，使得聚乙烯醇可以溶胀和溶解。

步骤2)、向聚乙烯醇溶液中加入丙烯酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺，搅拌均匀，待用。

步骤3)、向步骤2)所得溶液中加入碳纳米管，在超声水浴锅中进行超声20-40min，使碳纳米管均匀分散。

超声分散要超声5min暂停3min，总计超声时数达20-40min，避免超声时的热量积聚，在加入引发剂前进行超声分散，再加入引发剂与交联剂后只能进行机械搅拌，避免超声时不可避免的产热使得反应发生提前聚合。要充分的使得单体与碳纳米管进行分散。如果分散不均匀会影响后续的聚合反应和制备好后的导电水凝胶纤维的导电性。