CN110240714A - 一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导电水凝胶技术领域，具体涉及一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法和应用。该方法包括步骤：1)将PVA水溶液、二甲亚砜、PEDOT:PSS和交联剂混合，室温下用高速分散器分散，得到混合均匀的PVA/PEDOT:PSS溶液；2)向步骤1)得到的PVA/PEDOT:PSS溶液中加入盐酸溶液，室温下用高速分散器分散10～30min，得到预交联混合液；3)将步骤2)得到的预交联混合液浇铸于模具内，室温条件下反应1～24h，制备得到聚乙烯醇基导电水凝胶。本发明以PEDOT:PSS为掺杂剂，盐酸为催化剂，室温下制得机械性能、导电性能及自修复性能良好的导电水凝胶。

Description

一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于导电水凝胶技术领域，具体涉及一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
导电水凝胶结合了水凝胶的柔性特性及导电材料的电学性能，在电子皮肤、柔性传感器、新能源电池等领域具有潜在应用前景。但制备兼具良好拉伸、压缩性能、高电导率、良好自修复性的导电水凝胶仍是一个挑战。
专利ZL201510527290.X介绍了一种聚电解质导电水凝胶，该凝胶具有良好的导电性能，对皮肤有很好的粘性并且剥离无痛，对皮肤有很好的生物相容性，但该凝胶制备方法较复杂，且力学性能有待进一步提高。
专利201710128149.1介绍了一种三价铁离子配位聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮基导电水凝胶，该凝胶具有良好的应变响应导电特性，且具有良好的机械强度，但凝胶的制备需要微波条件，且凝胶的导电性能有待进一步提高。
近年来，聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有良好的具有良好生物相容性、环境友好、并具有较多活性羟基的聚乙烯醇(PVA)水凝胶成为制备导电水凝胶的理想材料，但聚乙烯醇水凝胶导电性较差需要提高电导率。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种聚乙烯醇基导电水凝胶及其制备方法和应用。
本发明所提供的技术方案如下：
一种聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)将PVA水溶液、二甲亚砜、PEDOT:PSS和交联剂混合，室温下用高速分散器分散，得到混合均匀的PVA/PEDOT:PSS溶液；
2)向步骤1)得到的PVA/PEDOT:PSS溶液中加入盐酸溶液，室温下用高速分散器分散10～30min，得到预交联混合液；
3)将步骤2)得到的预交联混合液浇铸于模具内，室温条件下反应1～24h，制备得到聚乙烯醇基导电水凝胶。
上述技术方案中，PEDOT:PSS为掺杂剂，盐酸为催化剂，PVA在交联剂的作用下交联成网状结构，形成水凝胶，PEDOT:PSS通过弱力掺杂在PVA网状结构上，从而室温下制得机械性能、导电性能及自修复性能良好的导电水凝胶。
具体的，步骤1)中：PVA水溶液用量为100重量份，二甲亚砜用量为5～30重量份，PEDOT:PSS用量为0～50重量份(不取数值零)，交联剂0.1～5重量份。
上述技术方案提供了合适的各原料的用量配比关系。
具体的，步骤1)中：所述的PVA水溶液的质量百分比浓度为7.5wt％～12.5wt％，所述的PVA为PVA-1799、PVA-1788或PVA-2099的任意一种或几种的混合物。
上述技术方案提供了合适的PVA水溶液原料。
具体的，步骤1)中：所述的PEDOT:PSS为商品PH 1000，固含量为1.0～1.3％。
上述技术方案提供了合适的PEDOT:PSS原料。
具体的，步骤1)中：所述的交联剂为甲醛或戊二醛。
上述技术方案提供了合适的交联剂原料。
具体的，步骤2)中：所述的盐酸溶液用量为0.1～10重量份，所述盐酸溶液的质量百分比浓度为10wt％。
上述技术方案提供了合适的盐酸溶液用量。
具体的，步骤3)中：室温条件下反应时间为1～6h。
上述技术方案提供了较好的室温条件下反应时间。
本发明还提供了聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法制备得到的聚乙烯醇基导电水凝胶。
上述技术方案以网状结构的PVA为水凝胶，以PEDOT:PSS为掺杂剂，活了机械性能、导电性能及自修复性能良好的导电水凝胶。
本发明还提供了聚乙烯醇基导电水凝胶作为人工皮肤材料或者柔性应力传感器材料。
本发明所提供的聚乙烯醇基导电水凝胶具有良好的机械性能、导电性能及自修复性能，适合作为人工皮肤材料或者柔性应力传感器材料。
总体上，本发明以PEDOT:PSS为掺杂剂，盐酸为催化剂，室温下制得机械性能、导电性能及自修复性能良好的导电水凝胶。本发明通过掺杂PEDOT:PSS及调节DMSO用量，显著改善了聚乙烯醇基水凝胶的电导率。本发明制备方法简单，原料易得，制备的聚乙烯醇基导电水凝胶在人工皮肤、柔性应力传感器等领域具有潜在应用前景。
附图说明
图1是本发明所提供的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备示意图。
图2是本发明实施例3得到的聚乙烯醇基导电水凝胶的自修复实验图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
(1)混合：将10g的8.0wt.％的PVA-1788溶液、3.0g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、0.5g1.0wt.％的PEDOT:PSS、0.05g 12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入0.01g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散30min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，25℃条件下反应3h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
实施例2
(1)混合：将10g的12.5wt.％的PVA-1788溶液、2.0g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、1.0g1.0wt.％的PEDOT:PSS、0.1g的12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入0.5g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散30min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，25℃条件下反应6h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
实施例3
(1)混合：将10g的8.0wt.％的PVA-1788溶液、2.0g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、1.5g1.3wt.％的PEDOT:PSS、0.5g的12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入1.0g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散30min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，25℃条件下反应3h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
实施例4
(1)混合：将10g的10.0wt.％的PVA-1799溶液、2.0g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、2.0g1.3wt.％的PEDOT:PSS、0.5g的12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入1.0g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散30min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，室温条件下反应3h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
实施例5
(1)混合：将10g的8.0wt.％的PVA-1788溶液、2.0g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、5.0g1.3wt.％的PEDOT:PSS、0.5g的12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入1.0g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散30min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，室温条件下反应3h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
对比例1
(1)混合：将10g的7.5wt.％的PVA-1799溶液、0.5g的二甲亚砜(DMSO)溶剂、0g1.0wt.％的PEDOT:PSS、0.01g 12.5wt.％戊二醛溶液加入100mL于烧杯中，室温下用高速分散器分散，得到混合均一的PVA/PEDOT:PSS溶液；
(2)预交联：往PVA/PEDOT:PSS溶液中加入0.01g 10wt.％的盐酸溶液，室温下用高速分散器分散10min，得到预交联混合液；
(3)成型：将步骤(2)的预交联混合液，浇铸于模具内，25℃条件下反应1h，制得聚乙烯醇基导电水凝胶。
采用万能拉力机表征了实施例1-5和对比例1的导电水凝胶的拉伸、压缩性能，拉伸速率为60mm/min。压缩速率为7mm/min，压缩最大形变为50％，压缩往返10次；
采用四探针法表征了实施例1-5和对比例1导电水凝胶的电导率；
采用自搭装置表征了实施例1-5和对比例1导电水凝胶的自修复性能，具体测试方法：取一定体积凝胶样品，接通电源构成回路，电源电压为1.5V。通过控制凝胶断裂，经过一段时间后，对比观察愈合前后灯泡的亮度。
结果如下表1所示：
表1实施例1-5及对比例1样品的机械性能、电导率、自修复性能
通过对比可以看出，未添加PEDOT:PSS，凝胶材料电导率、拉伸和压缩强度均明显较低。添加PEDOT:PSS后，电导率、拉伸和压缩强度均明显提高。并且，添加PEDOT:PSS含量逐渐提高，电导率明显提高，拉伸和压缩强度也有所提高。
如图2所示，为实施例3所提供的聚乙烯醇基导电水凝胶的自修复实验图，从图中可以看出，该材料实现了自修复。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将PVA水溶液、二甲亚砜、PEDOT:PSS和交联剂混合，室温下用高速分散器分散，得到混合均匀的PVA/PEDOT:PSS溶液；
2)向步骤1)得到的PVA/PEDOT:PSS溶液中加入盐酸溶液，室温下用高速分散器分散10～30min，得到预交联混合液；
3)将步骤2)得到的预交联混合液浇铸于模具内，室温条件下反应1～24h，制备得到聚乙烯醇基导电水凝胶。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)中：PVA水溶液用量为100重量份，二甲亚砜用量为5～30重量份，PEDOT:PSS用量为0～50重量份，交联剂0.1～5重量份。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，其特征在于：
所述的PVA水溶液的质量百分比浓度为7.5wt％～12.5wt％，所述的PVA为PVA-1799、PVA-1788或PVA-2099中的任意一种或几种的混合物；
所述的PEDOT:PSS为商品PH 1000，固含量为1.0～1.3％；
所述的交联剂为甲醛或戊二醛。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)中：所述的盐酸溶液用量为0.1～10重量份，所述盐酸溶液的质量百分比浓度为10wt％。
5.根据权利要求1至4任一所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3)中：室温条件下反应时间为1～6h。
6.一种根据权利要求1至5任一所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的制备方法制备得到的聚乙烯醇基导电水凝胶。
7.一种根据权利要求6所述的聚乙烯醇基导电水凝胶的应用，其特征在于：作为人工皮肤材料或者柔性应力传感器材料。
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