[发明专利]聚多巴胺修饰聚吡咯-聚乙烯醇高强自愈导电水凝胶纤维

说明书

本发明涉及高分子材料领域，本发明公开了一种聚多巴胺修饰聚吡咯‑聚乙烯醇高强自愈导电水凝胶纤维。本发明以聚乙烯醇、吡咯、聚多巴为单体，采用在聚乙烯醇纺丝液中原位聚合形成了聚多巴胺修饰聚吡咯，提高了聚吡咯分散性并大大缩减了制作的成本和工艺；采用湿法纺丝的方法利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导电水凝胶，同时水凝胶还具有较好的韧性和柔性，并可以按生产需要通过改变凝固浴以及保存液的配比，生产具有不同导电性能和力学性能的水凝胶纤维。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种聚多巴胺修饰聚吡咯-聚乙烯醇高强自愈导电水凝胶纤维。

背景技术

水凝胶是一种具有亲水性三维网络的交联含水固体，具有一种或多种重要的功能，如导电性、力学柔韧性、自粘附性、抗冻性和自愈合性等。由于这些优异的性能，它们已被广泛用于各种领域，如药物输送、储能装置和组织工程支架等。然而，传统水凝胶大多只有一种优异的性能，而其他性能却不能令人满意，限制了它们在更广泛领域的应用。因此，迫切需要在单一水凝胶上集成各种重要的功能，如导电性、自愈合能力、韧性和延展性，开发一种各个性能均优异的多功能水凝胶，从而拓展水凝胶材料的应用领域。

自愈合的概念是受到自然生物损伤后可自动愈合，且愈合后功能、状态保持不变的启发。自愈合水凝胶，由于具有与生物系统相似的自修复能力，可以保持其结构与性能的完整，而受到高度关注。然而，传统自愈合水凝胶的自愈合功能通常表现为刺激依赖性、愈合周期长且功能单一，这严重限制了其实际应用。因此，开发一种多功能(如超快自愈合性、导电性、优异的机械性能和自由塑形等)复合水凝胶对拓宽其应用领域更具有实际应用的价值，特别是可以延长材料的寿命，在长期内达到可持续发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚多巴胺修饰聚吡咯-聚乙烯醇高强自愈导电水凝胶纤维。本发明方法通过聚多巴胺修饰聚吡咯，使得聚吡咯在溶液中的分散性能更好，不易团聚；同时通过一步法在聚乙烯醇溶液中原位形成了聚多巴胺修饰聚吡咯，进一步提升了聚吡咯在溶液中的分散，可提升纤维的导电性能和力学性能，并大大缩减了制作的成本和工艺。本发明所得水凝胶纤维具有高强、可自愈和导电的特点。

本发明的具体技术方案为：一种聚多巴胺修饰聚吡咯-聚乙烯醇高强自愈导电水凝胶纤维，制备方法包括以下步骤：

步骤1)：按2.2～5g/20-50mL的用量比将聚乙烯醇加入至水中，在水浴加热条件下搅拌使聚乙烯醇溶解，待聚乙烯醇完全溶解后，冷却至室温，得到聚乙烯醇溶液。

聚乙烯醇由于具有较高的分子量，并且使用的质量比较大，因此溶液黏度较高，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，使得聚乙烯醇可以完全溶解。

步骤2)：向聚乙烯醇溶液中加入六水三氯化铁，搅拌均匀，转移至冰水浴中待用；其中，所述聚乙烯醇与六水三氯化铁的质量比为(2.2～5)∶(1.2-3)。

三氯化铁是一种强氧化剂，可以参与多巴胺的初始氧化，通过Fe³⁺诱导多巴胺和吡咯的水分散体共聚合成聚多巴胺修饰聚吡咯。

步骤3)：向步骤2)所得溶液中加入吡咯单体和多巴胺单体，在冰水浴中搅拌至反应完成，使聚乙烯醇溶液中原位聚合聚多巴胺修饰聚吡咯；其中，所述吡咯单体和多巴胺的比例为140-350mL∶0.05-0.13g。

聚吡咯是一种导电聚合物，它具有单体氧化电位低、易于制备和高导电性等特点。聚乙烯醇具有与其他材料相容性好、机械强度高和可自交联形成三维网络等特点，本发明将聚吡咯与聚乙烯醇有机的结合在一起，可明显改善水凝胶的机械强度。

步骤4)：将步骤3)所得溶液消泡处理后，使用注射器将溶液注入凝固浴中凝固成纤维，静置使其充分交联得到水凝胶纤维。

在该步骤中，使聚乙烯醇在凝固浴中充分交联析出，提升水凝胶纤维的力学性能。