一种复合水凝胶纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能性水凝胶纤维制备技术领域，具体公开了一种复合水凝胶纤维及其制备方法和应用，该复合水凝胶纤维包括外壳和内芯；所述外壳的组分为高聚物，所述内芯的组分包括PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇；所述的外壳和内芯同轴。该复合水凝胶纤维同时兼具高电导率与高弹性，在大的拉伸形变条件下电导率几乎不发生变化，在制备抗运动干扰的智能穿戴纺织品领域体现出巨大的应用潜力。域体现出巨大的应用潜力。域体现出巨大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种复合水凝胶纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能性水凝胶纤维制备
，具体涉及一种复合水凝胶纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]多数智能穿戴织物利用金属导线连接外接电源与电子显示系统，实现电荷与信号传输。相较于金属导线，聚合物导电纤维具有质轻、柔软、透气、舒适、易编织等优势，在智能可穿戴领域具有广大的应用前景。理想的聚合物导电纤维不仅要具备优异的电导性，还要具备高柔高弹性，以满足织物穿戴时与人体曲线的高度贴合。聚合物导电水凝胶纤维具有出色的生物相容性以及与生物组织相近的机械性能，是制备柔性电子器件的理想载体。目前，关于聚合物导电纤维的研究工作已经取得了重大进展，但在很多方面还存在着巨大的研究空间，包括：导电性、拉伸回弹性、耐水洗性等性能的进一步优化；克服拉伸对电导率的显著影响；实现高性能导电纤维的连续化生产等。
[0003]微流控技术是对微通道内的微尺度液体流动进行精确操纵的技术，可以可控地构建出多样化形态、结构、组成、功能的水凝胶微珠与微纤维，广泛应用于生物科学、医药科学等领域。微流控技术因其优异的精确性与灵活性，可用于制备具有复杂内部成分及结构的纤维，从而弥补了传统纤维制备方法(静电纺丝法、熔融纺丝法、湿法纺丝法)的空白，为新型功能性纤维材料的创新设计与可控制备提供了一个优良的平台。中国专利申请CN114854677A公开了一种用于细胞培养肉生产的微流控仿生纤维及其制备方法和应用，该微流控仿生纤维具有“壳
‑
核”结构，外壳由具有细胞非粘附性的高聚物交联后形成，外壳包裹的内核为混有种子细胞的水凝胶溶液，该专利技术基于微流控技术构建仿生纤维，制备方法简单、成型快速、反应温和，制备的仿生纤维经过培养后可应用细胞培养肉生产，仿生纤维中的种子细胞在纤维载体中定向排列、迁移和融合生长，进而使种子细胞的分化能力得到显著提升，肌肉相关蛋白合成增加，提高了细胞培养肉生产效率。但是上述微流控仿生纤维不属于导电纤维，不适用于柔性电子器件领域。目前，关于导电纤维的微流控成型尚缺少相关研究，开发制备得到的导电纤维也存在电导率不理想，在拉伸形变条件下电导率变化大的问题。
[0004]因此，当前亟需寻找一种同时兼具高导电性、高弹性及电导率拉伸不敏感性的复合水凝胶纤维。

技术实现思路

[0005]除非上下文另有明确指示，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括单数和复数指示物。通过端点表述的数值范围包括在对应范围内的所有数值和分数，以及所表述的端点。
[0006]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种复合水凝胶纤维及其制备方法和应用，该复合水凝胶纤维同时兼具高电导率与高弹性，在大的拉伸形变条件下电导率几乎不
发生变化，在制备抗运动干扰的智能穿戴纺织品领域体现出巨大的应用潜力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种复合水凝胶纤维，包括外壳和内芯；所述外壳的组分为高聚物，所述内芯的组分包括PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇；所述的外壳和内芯同轴。
[0009]优选地，所述复合水凝胶纤维的外径为0.5
‑
2.0mm。
[0010]优选地，所述内芯的组分为PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇的共混液。
[0011]优选地，所述共混液中PEDOT:PSS的添加量为0.5wt％
‑
2.0wt％；所述聚乙烯醇的添加量为1wt％
‑
3wt％；所述戊二醛的添加量为1.0μL/mL
‑
4.0μL/mL。
[0012]进一步优选地，所述共混液中PEDOT:PSS的添加量为0.83wt％；所述聚乙烯醇的添加量为2.5wt％；所述戊二醛的添加量为2.5μL/mL。
[0013]优选地，所述高聚物包括聚氨酯和硅橡胶中的至少一种。
[0014]进一步优选地，所述高聚物为聚氨酯。
[0015]优选地，所述高聚物的浓度为160mg/mL
‑
240mg/mL。
[0016]本专利技术还提供了一种上述的复合水凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1、配制微流控内层流体：配制PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇的共混液作为微流控内层流体；
[0018]S2、配制微流控中层流体：配制高聚物的DMSO溶液作为微流控中层流体；
[0019]S3、配制微流控外层流体：配制DMSO/H2O混合溶液作为微流控外层流体；
[0020]S4、制备复合水凝胶纤维：将配制好的微流控内层流体、微流控中层流体和微流控外层流体分别通入微流控装置的内、中和外相通道中，在出口毛细管中形成稳定的层流结构，得到所述的复合水凝胶纤维。
[0021]优选地，步骤S1所述内层流体的流速为0.6
‑
1.4mL/h；步骤S2所述中层流体的流速为3
‑
5mL/h；步骤S3所述外层流体的流速为30
‑
50mL/h。
[0022]进一步优选地，步骤S1所述内层流体的流速为1.0mL/h；步骤S2所述中层流体的流速为4mL/h；步骤S3所述外层流体的流速为40mL/h。
[0023]优选地，步骤S4所述微流控装置的通道结构为内相通道与外相通道共轴嵌套的形式。
[0024]本专利技术还提供了一种上述的复合水凝胶纤维或上述的制备方法制备得到的复合水凝胶纤维在制备抗运动干扰的智能穿戴纺织品中的应用。
[0025]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术复合水凝胶纤维同时兼具高电导性与高弹性，在大的拉伸形变条件下电导率几乎不发生变化，在制备抗运动干扰的智能穿戴纺织品领域体现出巨大的应用潜力；本专利技术基于微流控技术制备得到连续、规模化、结构均匀以及尺寸可控的复合水凝胶纤维，所涉及的设备装置成本低廉，制备条件温和、操作简单、成型迅速。
附图说明
[0027]图1为不同内芯流体所得复合水凝胶纤维的导电率；
[0028]图2为不同内芯流体所得复合水凝胶纤维的相对电阻随应变变化曲线图；
[0029]图3为实施例2所得复合水凝胶纤维的应力
‑
应变曲线图，其中a为应力
‑
应变曲线
图，b为拉伸回复应力
‑
应变曲线图；
[0030]图4为实施例2所得复合水凝胶纤维的相对电阻随拉伸应变的变化图；
[0031]图5为实施例2所得复合水凝胶纤维的相对电阻随弯折角度的变化图；
[0032]图6为流速配比的改变对实施例2所得复合水凝胶纤维的内径和壳层厚度的影响图，其中a为内径影响图，b为壳层厚度影响图；
[0033]图7为实施例2所得复合水凝胶纤维在导电纤维中的应用图。
具体实施方式
[0034]下面通过具体实施例对本专利技术进行说明，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握，但本专利技术并不局本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合水凝胶纤维，其特征在于：包括外壳和内芯；所述外壳的组分为高聚物，所述内芯的组分包括PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇；所述的外壳和内芯同轴。2.根据权利要求1所述的复合水凝胶纤维，其特征在于：所述复合水凝胶纤维的外径为0.5
‑
2.0mm。3.根据权利要求1所述的复合水凝胶纤维，其特征在于：所述内芯的组分为PEDOT:PSS、戊二醛和聚乙烯醇的共混液。4.根据权利要求3所述的复合水凝胶纤维，其特征在于：所述共混液中PEDOT:PSS的添加量为0.5wt％
‑
2.0wt％；所述聚乙烯醇的添加量为1wt％
‑
3wt％；所述戊二醛的添加量为1.0μl/mL
‑
4.0μl/mL。5.根据权利要求1所述的复合水凝胶纤维，其特征在于：所述高聚物包括聚氨酯和/或硅橡胶。6.根据权利要求1所述的复合水凝胶纤维，其特征在于：所述高聚物的浓度为160mg/mL
‑
240mg/mL。7.权利要求1
‑
6任一项所述的复合水凝胶纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴汉光，孙田田，田明，宁南英，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：