[发明专利]一种高强度自修复导电磁性PVA水凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种高强度自修复导电磁性PVA水凝胶及其制备方法。该方法将聚苯胺包裹在纳米纤维素表面，并固载MnFe₂O₄磁性粒子，然后加入到聚乙烯醇PVA水溶液中混合均匀，制备出高强度自修复导电磁性PVA水凝胶。本发明利用纳米纤维素/聚苯胺/MnFe₂O₄复合物使得PVA水凝胶同时具有高强度、导电性和磁性性能，改进了普通PVA水凝胶的低强度、无导电性和无磁性的三大缺点，使其具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一种高强度自修复导电磁性PVA水凝胶及其制备方法。

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。目前，主要生产的水凝胶具有功能性单一等缺点。因此，为了满足日益增长的工业需要，研究和开发具有自修复性、导电、磁性的水凝胶具有重要的意义。

聚乙烯醇（PVA）是一种极安全的高分子有机物，对人体无毒，无副作用，具有良好的生物相容性，尤其在医疗中的如其水性凝胶在眼科、伤口敷料和人工关节方面的有广泛应用，同时在聚乙烯醇薄膜在药用膜，人工肾膜等方面也有使用。由于聚乙烯醇结构中具有许多氢键结合，可制备成自修复水凝胶。在本发明中通过利用纳米纤维素/聚苯胺/磁性纳米粒子（MnFe₂O₄）复合物赋予PVA自修复水凝胶高强度、导电性和磁性，从而制备出一种自修复导电磁性水凝胶，该新型多功能自修复PVA水凝胶尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服水凝胶现有的缺点，提供一种高强度自修复导电磁性PVA水凝胶及其制备方法。

为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

本发明所述的一种高强度自修复导电磁性PVA水凝胶及其制备方法，包括如下步骤：

（1）聚苯胺包裹纳米纤维素的制备：

首先，称取20~40克质量分数1% 纳米纤维素在100ml烧杯中，并置于4℃的冰水浴中。将2~4mmol的植酸和6~12mmol苯胺溶解于4ml蒸馏水中，搅拌均匀，滴加到纳米纤维素中。称取2~4mmol过硫酸铵溶解在4ml蒸馏水中。然后将过硫酸铵溶液滴加在纳米纤维素中引发苯胺聚合，最后在10000转/分钟离心机中用蒸馏水离心洗涤5次，得到纳米纤维素/聚苯胺复合物。植酸与苯胺的摩尔比为1:3。

（2）纳米纤维素/聚苯胺复合物固载MnFe₂O₄纳米磁性粒子的制备：

将上述纳米纤维素/聚苯胺复合物加水配置成0.5wt%浓度，再加入10mmol FeCl₃和5mmol MnSO₄搅拌溶解，并加热至70℃，保持5h后，滴加6mol/L NaOH溶液调节pH值至11左右，并继续反应10min后冷却至室温。最后在10000转/分钟离心机中用蒸馏水离心洗涤3次，得到纳米纤维素/聚苯胺/ MnFe₂O₄复合物。FeCl₃与MnSO₄的摩尔比为2:1。

（3）高强度自修复导电磁性PVA水凝胶的制备：

称取PVA加入到水中，加热至95℃直到PVA完全溶解。然后，将上述纳米纤维素/聚苯胺/ MnFe₂O₄复合物加入到PVA溶液中在95℃下搅拌混合均匀，保持95℃30分钟。称取0.05~0.07g硼砂溶解在4ml水中，然后将硼砂溶液滴加到PVA溶液中继续搅拌，加热保持95℃30分钟。等降到常温后，PVA溶液凝结成水凝胶。