CN110699771A - 一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，将具有高导电特性的导电聚合物设置在桑叶或者饲料中，得到导电聚合物饲料；再以导电聚合物饲料喂蚕，由蚕通过吐丝制造带高弹性高导电特性的蚕丝复合材料。所得的高弹性导电聚合物蚕丝拥有较强的导电特性，弹性高，稳定性好，可弯折扭曲，使用寿命长，同时保持了蚕丝的基本功能。该方法操作简单，生产成本低，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于蚕丝的制备领域，更加具体地说，特别涉及一种利用活体蚕直接吐丝制备导电聚合物蚕丝的方法。
背景技术
蚕丝是一种天然生物蛋白质材料，由于良好的机械性能，以及优异的生物相容性和生物降解性，引起了研究学者的广泛关注。因此，它可以作为一种纺织或生物医学材料，甚至作为一种工程材料。目前已经有多种方法被用于改进蚕丝的性能，并增加其功能和应用，如通过对蚕丝的后处理以获得生物相容性较高的生物蚕丝材料，以及对蚕丝的化学或物理处理获得多功能丝纤维。如制备导电蚕丝时，往往通过掺杂碳纳米管等导电填料进行处理，虽然力学强度有所上升，然而由于应力集中效应，蚕丝的弹性会大幅下降，往往会对蚕丝的性能产生不良影响。通过直接添食然后吐丝的方法，将生物相容性较高的导电聚合物通过生物制造作用与蚕丝紧密结合并制备导电聚合物蚕丝能有效地克服这些缺点。
发明内容
本发明目的在于克服现有制备导电蚕丝存在的缺点，提供一种利用活体蚕直接吐丝的方法一步制备高弹性导电聚合物蚕丝，所得的高弹性导电聚合物蚕丝拥有较强的导电特性，弹性高，稳定性好，可弯折扭曲，使用寿命长，同时保持了蚕丝的基本功能。该方法操作简单，生产成本低，可规模化生产。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，将具有高导电特性的导电聚合物设置在桑叶或者饲料中，得到导电聚合物饲料；再以导电聚合物饲料喂蚕，由蚕通过吐丝制造带高弹性高导电特性的蚕丝复合材料。
而且，采用通过喷洒、涂覆或者共混方式将导电聚合物设置在桑叶或者饲料中。
而且，导电聚合物均匀分散在水中，形成导电聚合物水溶液，其浓度范围为0.01g/L-10g/mL，优选1—1000g/L。
而且，导电聚合物与桑叶或者饲料的质量比为1：(10—1000)，优选1：(100—600)。
而且，导电聚合物分散溶液按照下述步骤进行：
步骤1，将导电聚合物和水加入烧杯中，置于细胞粉碎机汇总进行超声分散，反应温度为10-60，反应时间为1-4小时；
在步骤1中，导电聚合物为聚噻吩或者聚苯胺。
在步骤1中，反应温度为10-60摄氏度，反应时间为1-4小时。
在步骤1中，导电聚合物和水的质量比为1：(1—2)：(35—40)。
步骤2，反应结束后自然冷却至室温20—25摄氏度，将已经分散的产物通过减压抽滤，得到粒径尺度较为统一的导电聚合物的分散溶液。
在本发明的技术方案中，导电聚合物经测试其电导率达到了0.1-50S/cm。
与现有技术相比，本发明技术方案易于生产，成本控制容易，可使用蚕进行批量化生产，拥有较强的导电特性，弹性高，稳定性好，可弯折扭曲，使用寿命长，同时保持了蚕丝的基本功能。该方法操作简单，生产成本低，可规模化生产，使用导电聚合物作为导电填料，电导率高，生物相容性好，环境友好，毒性低，易于生物消化吸收，所制备蚕丝质量高，导电效果好，减少活体蚕因外部因素的死亡率。
附图说明
图1为普通桑叶(左)和实施例中含有导电聚合物的桑叶(右)的照片。
图2为普通蚕丝，实施例1中得到的普通蚕丝和高弹性导电聚合物蚕丝的电导率比较。
图3为本发明实施例1中高弹性导电聚合物蚕丝和普通蚕丝的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。使用的蚕的品种为秋风白玉。
实施例1
1.制备导电聚合物水溶液
(1)将聚苯胺4g和水100ml加入烧杯中，置于细胞粉碎机中进行超声分散，反应温度为25摄氏度，反应时间为2小时；
(2)反应结束后自然冷却至室温，将已经分散的产物通过减压抽滤，得到粒径尺度较为统一的聚苯胺分散溶液。
2.将上述制得的导电聚合物水溶液通过喷洒方式施加于桑叶上，得到导电饲料；利用上述饲料喂蚕，由蚕通过吐丝制造带高弹性导电聚合物蚕丝复合材料。
通过上述方法所得到的高弹性导电聚合物蚕丝复合材料，电导率达到了3.2×10- 8S/cm，相比于普通蚕丝的电导率7.1×10-14S/cm导电性能得到了显著提高(图2)，另外高弹性导电聚合物蚕丝复合材料的断裂应变为27.05％，相比于普通蚕丝的断裂应变10.6％，弹性有了大幅度地提升(图3)。
实施例2
1.制备导电聚合物水溶液：
(1)将聚噻吩4g和水100ml加入烧杯中，置于细胞粉碎机汇总进行超声分散，反应温度为25摄氏度，反应时间为2小时；
(2)反应结束后自然冷却至室温，将已经分散的产物通过减压抽滤，得到粒径尺度较为统一的聚噻吩分散溶液。
2.将上述制得的导电聚合物水溶液通过喷洒方式施加于桑叶上，得到导电饲料；利用上述饲料喂蚕，由蚕通过吐丝制造带高弹性导电聚合物蚕丝复合材料。
通过上述方法所得到的高弹性导电聚合物蚕丝复合材料，电导率达到了8.7×10- 8S/cm，导电性能得到了显著提高。另外高弹性导电聚合物蚕丝复合材料的断裂应变为22.40％
根据本发明内容进行工艺参数调整，均可实现高弹性导电聚合物蚕丝复合材料的制备，电导率平均可达3.2×10-8-8.7×10-8S/cm，大幅度提高了蚕丝的导电性，同时断裂应变平均达到了22.40％-27.05％，即蚕在制备高弹性导电聚合物蚕丝复合材料中的应用。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，将具有高导电特性的导电聚合物设置在桑叶或者饲料中，得到导电聚合物饲料；再以导电聚合物饲料喂蚕，由蚕通过吐丝制造带高弹性高导电特性的蚕丝复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，导电聚合物与桑叶或者饲料的质量比为1：(10—1000)。
3.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，导电聚合物与桑叶或者饲料的质量比为1：(100—600)。
4.根据权利要求1—3之一所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，采用通过喷洒、涂覆或者共混方式将导电聚合物设置在桑叶或者饲料中。
5.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，导电聚合物经测试其电导率达到了0.1-50S/cm，导电聚合物均匀分散在水中，形成氮掺杂碳量子点水溶液，其浓度范围为0.01g/L-10g/mL。
6.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，导电聚合物经测试其电导率达到了0.1-50S/cm，导电聚合物均匀分散在水中，形成氮掺杂碳量子点水溶液，其浓度范围为1-1000g/L。
7.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，导电聚合物按照下述步骤进行：步骤1，将导电聚合物和水加入烧杯中，置于细胞粉碎机汇总进行超声分散，反应温度为10-60，反应时间为1-4小时；导电聚合物为聚噻吩或者聚苯胺；在步骤1中，导电聚合物和水的质量比为1：(1—2)：(35—40)；步骤2，反应结束后自然冷却至室温20—25摄氏度，将已经分散的产物通过减压抽滤，得到粒径尺度较为统一的导电聚合物的分散溶液。
8.根据权利要求1所述的一种利用生物功能制备高弹性导电聚合物蚕丝的方法，其特征在于，在步骤1中，反应温度为10—60摄氏度，反应时间为1—4小时。
9.如权利要求1—8之一所述的方法制备的蚕丝，其特征在于，电导率平均可达3.2×10-8-8.7×10-8S/cm，大幅度提高了蚕丝的导电性，同时断裂应变平均达到了22.40％-27.05％。
10.蚕在制备高弹性导电聚合物蚕丝复合材料中的应用，其特征在于，蚕丝电导率平均可达3.2×10-8-8.7×10-8S/cm，大幅度提高了蚕丝的导电性，同时断裂应变平均达到了22.40％-27.05％。
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