CN110041538A - 纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法及抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法及抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶和应用，涉及离子水凝胶技术领域，所述纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法包括如下步骤：将纤维素离子水凝胶浸入氯化金属盐溶液中，浸泡10～40min，即得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，现有的纤维素离子水凝胶拉伸性能差，在低温下还会失去拉伸和导线性能的技术问题，本发明通过将纤维素离子水凝胶浸泡在氯化金属盐溶液中，使得氯化金属盐中的金属离子和氯离子进入纤维素离子水凝胶中，从而有效提高了纤维素离子水凝胶的抗冻性能，使得制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍然具有良好的机械性能和电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及离子水凝胶技术领域，尤其是涉及一种纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法及抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶和应用。
背景技术
天然高分子离子水凝胶由于其具有生物降解性、生物相容性和无毒特性而受到广泛关注。纤维素作为储量丰富和可持续使用的天然高分子来制备多糖基离子水凝胶被认为是新兴的研究领域。然而，纤维素离子水凝胶通常缺乏机械性能，导致水凝胶拉伸和电学性能不稳定。此外，纤维素离子水凝胶在低温下还会不可避免地失去拉伸和导电性能，严重限制了纤维素离子水凝胶在电子器件领域的应用。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，以缓解了现有的纤维素离子水凝胶拉伸性能差，在低温下还会失去拉伸和导线性能的技术问题。
本发明提供的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，包括如下步骤：将纤维素离子水凝胶浸入氯化金属盐溶液中，浸泡10～40min，得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
进一步的，所述氯化金属盐选自氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁和氯化镁中的至少一种，优选为氯化钠。
进一步的，所述氯化金属盐溶液的质量浓度为10～40wt％，优选为20～30wt％。
进一步的，将纤维素离子水凝胶在氯化金属盐溶液中浸泡后，再将浸泡后的纤维素离子水凝胶在4～8℃平衡10～30h，得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
进一步的，所述纤维素离子水凝胶的制备方法包括如下步骤：
将烯丙基缩水甘油醚加入纤维素溶液中，反应，得到烯丙基纤维素，再将烯丙基纤维素交联，得到纤维素离子水凝胶。
进一步的，所述烯丙基缩水甘油醚和所述纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为(7.5～8.5):1，优选为8:1；
优选地，反应温度为28～34℃，反应时间为22～28h。
进一步的，烯丙基纤维素在过硫酸盐的催化下交联；
优选地，所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种，优选为过硫酸铵；
优选地，所述过硫酸铵与所述纤维素的质量比为(15～28):100，优选为(15～20):100。
进一步的，所述纤维素溶液的质量浓度为5.5～7.5wt％，优选为6wt％；
优选地，所述纤维素溶液的制备方法包括如下步骤：将纤维素溶解在溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，得到纤维素溶液；
优选地，溶解温度为-18～-8℃，优选为-15～-10℃；
优选地，所述溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为6.5～7.5wt％，尿素的质量浓度为10.5～12.5wt％；
进一步优选地，所述溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为7wt％，尿素的质量浓度为12wt％。
本发明的目的之二在于提供一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，其按照本发明提供的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法制备得到。
本发明的目的之三在于提供上述抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在电子器件中的应用。
本发明提供的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，通过将纤维素离子水凝胶浸泡在氯化金属盐溶液中，使得氯化金属盐中的金属离子和氯离子进入纤维素离子水凝胶中，从而有效提高了纤维素离子水凝胶的抗冻性能，使得制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍然具有良好的机械性能和电学性能，从而有效扩展了纤维素离子水凝胶在电子器件领域的应用前景。
本发明提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍然具有良好的机械性能和电学性能，从而有效扩展了纤维素离子水凝胶在电子器件领域的应用前景。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是：
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。
本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。
本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，包括如下步骤：将纤维素离子水凝胶浸入氯化金属盐溶液中，浸泡10～40min，即得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
在本发明中，通过将纤维素离子水凝胶浸泡到氯化金属盐溶液10～40min，使得氯化金属盐中的金属离子和氯离子进入到纤维素离子水凝胶中，从而制备得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。如浸泡时间短于10min，则增强后的纤维素离子水凝胶的抗冻性能及拉伸性不能得到有效提高，若纤维素离子水凝胶浸泡到氯化金属盐溶剂中的时间长于40min，则会导致增强后的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的机械强度变差，拉伸性能劣化。
典型但非限制性的，纤维素离子水凝胶在氯化金属盐中的浸泡时间如为10、12、15、18、20、22、25、28、30、32、35、38或40min。
本发明提供的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，通过将纤维素离子水凝胶浸泡在氯化金属盐中，使得氯化金属盐中的离子进入纤维素离子水凝胶中，从而有效提高了纤维素离子水凝胶的抗冻性能，使得制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍然具有良好的机械性能和电学性能，从而有效扩展了纤维素离子水凝胶在电子器件领域的应用前景。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化金属盐选自氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁和氯化镁中的一种或几种，优选为氯化钠。
选用氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁和氯化镁作为纤维素离子水凝胶的增强剂，其金属离子更易于在金属盐溶液中进行运动，进入纤维素离子水凝胶中，从而使得制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下具有优异的机械性能，尤其是当氯化金属盐为氯化钠时，其成本更为低廉，制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下的机械性能更为优异。
在本发明的一种优选实施方式中，氯化金属盐溶液的质量浓度为10～40wt％，优选为20～30wt％。
通过控制氯化金属盐溶液的质量浓度为10～40wt％，以使得当纤维素离子水凝胶在氯化金属盐中浸泡时，能够有足量的金属离子进入到纤维素离子水凝胶中进行增强，从而使制备得到的纤维素离子水凝胶在低温下具有良好的机械性能，若氯化金属盐溶液的质量浓度低于10wt％，则制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的在低温条件下的机械性能较差，无法满足电子器件在低温下的使用要求，若氯化金属盐溶液的质量浓度高于40wt％，则不利于金属离子运动进入到纤维素离子水凝胶中，导致制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的综合性能变差，不能满足电子器件的使用要求。
典型但非限制性的，氯化金属盐溶液的质量浓度如为10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％,尤其是当氯化金属盐溶液的质量浓度为20～30wt％时，制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下的机械性能更为优异。
不同氯化金属盐溶液的溶解度不同，一般氯化金属盐在室温下的饱和质量浓度为20～30wt％，如在加温加压下得到的高饱和质量浓度的氯化金属盐也能够用于浸泡纤维素离子水凝胶，以提高其在低温下的机械性能。
在本发明的一种优选实施方式中，纤维素离子水凝胶在氯化盐溶液中浸泡后，再将浸泡后的纤维素离子水凝胶在4～8℃平衡10～30h，得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
通过将浸泡处理后的纤维素离子水凝胶在4～8℃平衡处理10～30h，使得金属离子在纤维素离子水凝胶中分散的更为均匀，从而使得制备得到的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的在低温下的机械性能更为均匀。
典型但非限制性的，平衡处理的温度如为4、4.2、4.5、4.8、5、5.5、6、6.5、7、7.5或8℃，平衡处理的时间如为10、12、18、20、25、28或30h。
在本发明的一种优选实施方式中，先将浸泡处理后的纤维素离子水凝胶中的氯化金属盐溶液沥出后，再进行平衡处理。
典型但非限制性的，将浸泡处理后的纤维素离子水凝胶放置在倾斜角度为30～60°倾斜的玻璃板上2min，以使得氯化金属盐溶液沥出。
典型但非限制性的，玻璃板的倾斜角度如为30°、32°、35°、38°、40°、42°、45°、48°、50°、52°、55°、58°或60°。
在本发明的一种优选实施方式中，纤维素离子水凝胶的制备方法包括如下步骤：
将烯丙基缩水甘油醚加入纤维素溶液中，反应，得到烯丙基纤维素，再将烯丙基纤维素交联，得到纤维素离子水凝胶。
在本发明提供的优选实施方式中，纤维素离子水凝胶的制备方法原料易得，工艺简单，易于控制，有利于进行规模化纤维素离子水凝胶的制备。
在本发明的一种优选实施方式中，烯丙基缩水甘油醚与纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为(7.5～8.5):1。
通过控制烯丙基缩水甘油醚与纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为(7.5～8.5):1，以使得烯丙基缩水甘油醚能够全部与纤维素中脱水葡萄糖单元反应，得到高烯丙基含量，高交联单元的纤维素，以便于后续进行交联反应得到机械性能优异的纤维素离子水凝胶，尤其是当纤维素中脱水葡萄糖单元与烯丙基缩水甘油醚的摩尔比为8:1时，既不会造成纤维素浪费，又能够得到交联性能优异的烯丙基纤维素。
典型但非限制性的，烯丙基缩水甘油醚与纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比如为7.5:1、8:1或8.5:1。
在本发明的一种优选实施方式中，烯丙基纤维素在过硫酸盐的催化下交联。
通过采用过硫酸盐作为交联催化剂，催化效率更高。
典型但非限制性的，过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵中的一种或几种，尤其是当过硫酸盐为过硫酸铵时，催化效率更高。
在本发明的一种优选实施方式中，过硫酸铵与纤维素的质量比为(15～28):100。通过控制过硫酸按与纤维素的质量比，以使纤维素制成的烯丙基纤维素交联充分，得到的纤维素离子水凝胶具有优异的机械性能，尤其是当过硫酸铵与纤维素的质量比为(15～20):100时，制备得到的纤维素离子水凝胶的机械性能更加优异。
典型但非限制性的，过硫酸铵与纤维素的质量比如为15:100、18:100、20:100、22:100、25:100或28:100。
在本发明的一种优选实施方式中，在制备纤维素离子水凝胶时，纤维素溶液的质量浓度为5.5～7.5wt％。通过控制纤维素的质量浓度为5.5～7.5wt％，以利于纤维素与烯丙基缩水甘油醚反应生成高烯丙基含量的烯丙基纤维素，尤其是当纤维素溶液的质量浓度为6wt％时，制备得到的烯丙基纤维素中的烯丙基含量更高。
典型但非限制性的，纤维素溶液的质量浓如为5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％或7.5wt％。
在本发明的一种优选实施方式中，纤维素溶液的制备方法包括如下步骤：将纤维素溶解在溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，得到纤维素溶液。通过将溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液作为纤维素的溶剂，以使得纤维素更利于溶解均匀，便于后续与烯丙基缩水甘油醚反应，生成烯丙基纤维素。
在本发明的一种优选实施方式中，溶解温度为-18～-8℃，优选为-15～-10℃。在低温下进行纤维素的溶解，以避免纤维素发生降解，影响纤维素的机械性能，尤其是当溶解温度为-15～-10℃，纤维素更易于溶解均匀。
典型但非限制性的，溶解温度如为-18、-16、-15、-14、-12、-10或-8℃。
在本发明的一种优选实施方式中，溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为6.5～7.5wt％，尿素的质量浓度为10.5～12.5wt％。
通过溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为7wt％，尿素的质量浓度为12wt％，以使得溶解有氢氧化钠和尿素的水易于溶解纤维素。
典型但非限制性的，溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度如为6.5wt％、6.8wt％、7wt％、7.2wt％或7.5wt％，尿素的质量浓度为10.5wt％、11wt％、11.5wt％、12wt％或12.5wt％。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，其按照本发明第一个方面提供的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法制备得到。
本发明提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍然具有良好的机械性能和电学性能，从而有效扩展了纤维素离子水凝胶在电子器件领域的应用前景。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了上述抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在电子器件中的应用。
本发明提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在低温下仍具有良好的机械性能和电学性能，在电子器件领域具有广阔的应用前景。
下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。
实施例1
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，其按照如下步骤制备得到：
(1)把5.1g纤维素添加到80g溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，在-12.5℃恒温反应池中溶解，剧烈搅拌，获得完全溶解和透明的质量浓度为6wt％的纤维素溶液，其中，溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠质量浓度为7wt％，尿素的质量浓度为12wt％；
(2)将28.74g烯丙基缩水甘油醚滴加进纤维素溶液中，在30℃和氮气保护的条件下反应24h，其中，所述烯丙基缩水甘油醚和纤维素溶液中纤维素上的脱水葡萄糖单元摩尔比8；
(3)用500mL乙醚清洗步骤(2)所得产物，并在30℃真空干燥以除去剩余的乙醚，得到75g烯丙基纤维素溶液；
(4)取10g烯丙基纤维素溶液，向其中加入0.11g过硫酸铵，剧烈搅拌，然后真空除泡，倒入凹槽为2mm的模具中成型，在30℃的条件下反应24小时，脱模后得到纤维素离子水凝胶；
(5)将纤维素离子水凝胶凝胶浸泡在90mL的氯化钠溶液中10min，每5min翻转纤维素离子水凝胶的上下面，其中，氯化钠溶液中，氯化钠的质量浓度为25％；
(6)将浸泡后的纤维素离子水凝胶放置在玻璃板上，由水平位置倾斜45°，时间为2min，之后将纤维素离子水凝胶平铺装入密封袋内，在5℃的冰箱内平衡24h，即制得抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
实施例2
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为20min。
实施例3
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(4)中，加入的过硫酸铵的用量为0.19g，且在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为20min。
实施例4
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(4)中，加入的过硫酸铵的用量为0.15g，且在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为20min。
实施例5
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为40min。
实施例6
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，氯化钠溶液的质量浓度为10wt％。
实施例7
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，氯化钠溶液的质量浓度为20wt％。
实施例8
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，氯化钠溶液的质量浓度为26.5wt％。
实施例9
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(6)中，平衡温度为8℃，平衡时间为10h。
实施例10
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(6)中，平衡温度为4℃，平衡时间为30h。
实施例11
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，采用氯化钾溶液代替氯化钠溶液用于增强纤维素离子水凝胶，且氯化钾溶液中，氯化钾的质量浓度为25wt％。
实施例12
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(2)中，缩水甘油醚的用量为17.96g，以使得烯丙基缩水甘油醚和纤维素溶液中纤维素上的脱水葡萄糖单元摩尔比5:1。
实施例13
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(2)中，缩水甘油醚的用量为35.92g，以使得烯丙基缩水甘油醚和纤维素溶液中纤维素上的脱水葡萄糖单元摩尔比10:1。
实施例14
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，氯化钠溶液的质量浓度为5wt％。
实施例15
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(6)中，平衡温度为10℃。
实施例16
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(6)中，平衡温度为0℃，平衡时间为5h。
实施例17
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(4)中，过硫酸铵的用量为0.08g。
实施例18
本实施例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本实施例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(4)中，过硫酸铵的用量为0.3g。
对比例1
本对比例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本对比例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为2h。
对比例2
本对比例提供了一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，本对比例提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶的制备方法与实施例1的制备方法的不同之处在于，在步骤(5)中，在氯化钠溶液中浸泡时间为5min。
对比例3
本对比例提供了一种纤维素离子水凝胶，其未进行步骤(5)-(6)。
试验例
将实施例1-18及对比例1-3提供的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶进行拉伸应变、抗冻性能和导电性能进行测试，结果如表1所示。
其中，测试方法或标准如下：
(1)拉伸应变：采用拉力-压缩试验机对水凝胶进行压缩和拉伸试验(INSTRON5565，美国)；
(2)抗冻性：采用差示扫描量热仪(德国NETZSCH/耐驰公司，仪器型号：DSC214)。
(3)导电性：DMM7510数字图形采样万用表(DMM7510，美国Keithley)。
表1抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶性能数据表
| 拉伸形变(％) | 抗冻性 | 导电性 | |
| 实施例1 | 178 | -13～-39℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例2 | 236 | -14～-36℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例3 | 191 | -9～-32℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例4 | 171 | -11～-35℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例5 | 198 | -11～-32℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例6 | 151 | -8～-28℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例7 | 155 | -8～-29℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例8 | 156 | -9～-30℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例9 | 165 | -13～-36℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例10 | 168 | -12～-35℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例11 | 177 | -13～-38℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例12 | 不能成型 | - | - |
| 实施例13 | 98 | -10～-24℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例14 | 145 | -8～-26℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例15 | 130 | -12～-28℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例16 | 126 | -12～-30℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例17 | 150 | -12～-31℃下不冻结 | 有电信号 |
| 实施例18 | 107 | -6～-28℃下不冻结 | 有电信号 |
| 对比例1 | 105 | -6～-29℃下不冻结 | 有电信号 |
| 对比例2 | 126 | -8～-32℃下不冻结 | 有电信号 |
| 对比例3 | 112 | -7～-26℃下不冻结 | 有电信号 |
从表1中可以看出，实施例1-11提供抗冻可拉伸离子纤维素水凝胶的拉伸形变为151-236％，在-8～-28℃下不冻结，导电性能良好，远高于未进行氯化金属盐浸泡处理的对比例3。从实施例1-11和实施例12-13的对比可以看出，烯丙基缩水甘油醚和所述纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为(7.5～8.5):1时，制备得到的离子纤维素水凝胶在低温下仍具有良好的拉伸形变和导电能力，若烯丙基缩水甘油醚和所述纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为5:1时，则无法成型为水凝胶，若烯丙基缩水甘油醚和所述纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为10:1时，则制备得到的离子纤维素水凝胶的拉伸形变差，无法满足电子器件的使用要求。从实施例1-11和实施例14的对比可以看出，当氯化钠的质量浓度为10wt％以上时，才能制备得到拉伸性能和抗冻性能更为优异的离子纤维素水凝胶。
从实施例1-11和实施例15-16的对比可以看出，当浸泡后的纤维素离子水凝胶在4～8℃平衡10～30h后，得到的抗冻可拉伸的离子纤维素水凝胶的拉伸形变更高，抗冻性能更为优异。
从实施例1-11和实施例17-18的对比可以看出，当所述过硫酸铵与所述纤维素的质量比为(15～28):100，制备得到的抗冻可拉伸的离子纤维素水凝胶的拉伸形变更高，抗冻性能更为优异。
从实施例1-11和对比例1-2的对比可以看出，将纤维素离子水凝胶浸入氯化金属盐溶液中，浸泡时间为10～40min时，制备得到的抗冻可拉伸的离子纤维素水凝胶的拉伸形变更高，抗冻性能更为优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：将纤维素离子水凝胶浸入氯化金属盐溶液中，浸泡10～40min，得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
2.根据权利要求1所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，所述氯化金属盐选自氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铁和氯化镁中的至少一种，优选为氯化钠。
3.根据权利要求1所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，所述氯化金属盐溶液的质量浓度为10～40wt％，优选为20～30wt％。
4.根据权利要求1所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，将纤维素离子水凝胶在氯化金属盐溶液中浸泡后，再将浸泡后的纤维素离子水凝胶在4～8℃平衡10～30h，得到抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶。
5.根据权利要求1所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，所述纤维素离子水凝胶的制备方法包括如下步骤：
将烯丙基缩水甘油醚加入纤维素溶液中，反应，得到烯丙基纤维素，再将烯丙基纤维素交联，得到纤维素离子水凝胶。
6.根据权利要求5所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，所述烯丙基缩水甘油醚和所述纤维素中脱水葡萄糖单元的摩尔比为(7.5～8.5):1，优选为8:1；
优选地，反应温度为28～34℃，反应时间为22～28h。
7.根据权利要求5所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，烯丙基纤维素在过硫酸盐的催化下交联；
优选地，所述过硫酸盐选自过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种，优选为过硫酸铵；
优选地，所述过硫酸铵与所述纤维素的质量比为(15～28):100，优选为(15～20):100。
8.根据权利要求5-7任一项所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法，其特征在于，所述纤维素溶液的质量浓度为5.5～7.5wt％，优选为6wt％；
优选地，所述纤维素溶液的制备方法包括如下步骤：将纤维素溶解在溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，得到纤维素溶液；
优选地，溶解温度为-18～-8℃，优选为-15～-10℃；
优选地，所述溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为6.5～7.5wt％，尿素的质量浓度为10.5～12.5wt％；
进一步优选地，所述溶解有氢氧化钠和尿素的水溶液中，氢氧化钠的质量浓度为7wt％，尿素的质量浓度为12wt％。
9.一种抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶，其特征在于，按照权利要求1-8任一项所述的纤维素离子水凝胶增强抗冻和拉伸性能的方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的抗冻可拉伸纤维素离子水凝胶在电子器件中的应用。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112142918A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-29 | 西北大学 | 一种纤维素基导电水凝胶的制备方法 |
| CN112608508A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-06 | 南京柔速科技有限公司 | 一种抗冻自修复导电水凝胶及其制备方法、柔性传感器 |
| CN113372582A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-10 | 太原理工大学 | 一种仿生复合水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN114149717A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-08 | 浙江农林大学 | 水凝胶功能改性涂料及其制备方法 |
| CN115537957A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-30 | 武汉纺织大学 | 高强度抗冻水凝胶纤维及其制备方法 |
| CN115851229A (zh) * | 2021-09-24 | 2023-03-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种具有多功能防冰的双离子型材料及其制备方法与应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109503765A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-22 | 华南理工大学 | 纤维素离子导电水凝胶的制备方法及制备得到的水凝胶 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109503765A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-03-22 | 华南理工大学 | 纤维素离子导电水凝胶的制备方法及制备得到的水凝胶 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| XAVIER P. MORELLE ET AL: "Highly Stretchable and Tough Hydrogels below Water Freezing Temperature", 《ADVANCED MATERIALS》 * |
| XIONG-FEI ZHANG ET AL: "Inorganic Salts Induce Thermally Reversible and Anti-Freezing Cellulose Hydrogels", 《ANGEWANDTE. CHEMIE》 * |
| YANYU YANG ET AL: "A Universal Soaking Strategy to Convert Composite Hydrogels into Extremely Tough and Rapidly Recoverable Double‐Network Hydrogels", 《ADVANCED MATERIALS》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112142918A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-29 | 西北大学 | 一种纤维素基导电水凝胶的制备方法 |
| CN112142918B (zh) * | 2020-09-25 | 2021-09-28 | 西北大学 | 一种纤维素基导电水凝胶的制备方法 |
| CN112608508A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-06 | 南京柔速科技有限公司 | 一种抗冻自修复导电水凝胶及其制备方法、柔性传感器 |
| CN113372582A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-10 | 太原理工大学 | 一种仿生复合水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN115851229A (zh) * | 2021-09-24 | 2023-03-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种具有多功能防冰的双离子型材料及其制备方法与应用 |
| CN114149717A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-08 | 浙江农林大学 | 水凝胶功能改性涂料及其制备方法 |
| CN115537957A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-12-30 | 武汉纺织大学 | 高强度抗冻水凝胶纤维及其制备方法 |
| CN115537957B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-04-09 | 武汉纺织大学 | 高强度抗冻水凝胶纤维及其制备方法 |
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