碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片及其制法与应用
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片及其制法与应用，包括聚丙烯酸钠凝胶片、第一碳纤维纸和第二碳纤维纸，聚丙烯酸钠凝胶片位于第一碳纤维纸和第二碳纤维纸之间，构成三层叠层结构；聚丙烯酸钠凝胶片内吸附有导电离子溶液。水凝胶的反应物溶液混合后置于两层碳纤维纸之间进行聚合反应，或水凝胶的反应物溶液聚合生成凝胶片后，再将凝胶片置于两层碳纤维纸之间，得到复合凝胶片；将复合凝胶片浸润导电离子溶液后，得到复合导电凝胶片。复合导电凝胶片中的碳纤维纸一方面可以提高凝胶片的机械强度，另一方面可以导电，与凝胶片中的导电离子共同提高了凝胶片的导电性能。
【专利说明】
碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片及其制法与应用
技术领域
[0001]本发明属于高分子材料制备方法技术领域，尤其涉及一种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片及其制法与应用。
【背景技术】
[0002]自20世纪70年代发现聚乙炔具有导电性以来，导电聚合物已成为科研工作者研究的重点。迄今为止，应用最广的导电聚合物为聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PT)，这些导电聚合物的相关研究已经取得较大的进步，但也存在许多的缺点，如苯胺有剧毒，会对水体造成污染;吡咯对眼睛有严重危害，吸入或吞食有毒;噻吩有恶臭，这些导电聚合物都难以应用到对化合物性质(毒性、气味等)有严格要求的领域，如医学领域。因此有必要开发新型“绿色、无毒”的导电聚合物。
[0003]聚合物水凝胶通常是由亲水单体和交联剂形成的聚合物水溶胀体，是一种三维网状结构的高分子聚合物，属于典型的软物质材料。大多数聚合物水凝胶具有环境响应性，即在外界刺激下，如PH、温度、光和电场等，可发生溶胀和消溶胀的响应，这种独特的性质使得聚合物水凝胶广泛用于各种功能材料、生物医用材料和药物载体等。
[0004]目前，复合导电聚合物水凝胶材料最近一直备受科研工作者的关注。近年来，在生物医学领域，利用碳纳米管来改善水凝胶的机械性和导电性也是科研工作者研究的热点。但是，由于CNTs间的范德华力较大，长径比高，使得在生成CNTs时容易产生团聚。另外，CNTs的化学惰性使得它的分散性差，与聚合物的界面结合作用弱，极大地限制了 CNTs的应用。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提供一种碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片，该复合导电凝胶片可以有效提高凝胶片的机械性能和导电性能。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法。
[0007]本发明的第三个目的是提供制备一种复合导电凝胶片的制备系统。
[0008]本发明的第四个目的是提供上述碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的应用。
[0009]为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为:
[0010]—种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片，包括聚丙烯酸钠凝胶片、第一碳纤维纸和第二碳纤维纸，聚丙烯酸钠凝胶片位于第一碳纤维纸和第二碳纤维纸之间，构成叠层结构;聚丙烯酸钠凝胶片内吸附有导电离子溶液。
[0011]三维网络空间聚丙烯酸钠可以吸附一定的导电离子溶液，得到凝胶片，导电离子在通电作用下可以发生定向移动，进而构成导电通道，提高了聚丙烯酸钠凝胶片的导电性會K。
[0012]将第一碳纤维纸和第二碳纤维纸分别设置在聚丙烯酸钠凝胶片的上下两个表面，一方面可以起到支撑凝胶片的作用，提高凝胶片的机械强度，另一方面，碳纤维纸可以导电，可以与凝胶片一起构成整体导电的结构。
[0013]优选的，所述导电离子溶液为氯化钠溶液或氯化钾溶液，优选为氯化钠溶液。
[0014]氯化钠溶液可以亲润人体皮肤，提高皮肤的导电性，所以可以应用于除颤过程中除颤电极与人体肌肤的导电介质。
[0015]进一步优选的，所述导电离子的浓度为2.5-4.5mol/L。
[0016]碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片的制备方法，包括如下步骤:
[0017]聚丙烯酸钠凝胶的反应物溶液混合后置于两层碳纤维纸之间进行聚合反应，得到复合凝胶片，或将聚合生成的聚丙烯酸钠凝胶片置于两层碳纤维纸之间，得到复合凝胶片；复合凝胶片经过干燥后，浸润导电离子溶液，得到复合导电凝胶片。
[0018]优选的，所述水凝胶为聚丙烯酸钠水凝胶。
[0019]进一步优选的，碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片的具体制备方法，包括如下步骤:
[0020]I)配制丙烯酸钠单体溶液；
[0021 ] 2)配制水溶性交联单体和过硫酸钠的混合溶液；
[0022]3)将步骤I)和步骤2)中的溶液混合后真空处理；
[0023]4)将真空处理过的混合溶液倒入反应容器中，反应容器的底部铺有碳纤维纸，并在混合溶液的上表面平铺碳纤维纸；
[0024]5)步骤4)的混合溶液发生聚合反应，得到复合凝胶片；
[0025]6)所述复合凝胶片浸润导电离子溶液后，得到碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片；
[0026]只要不影响制备，以上步骤可互换。
[0027]优选的，步骤I)中，丙烯酸钠溶液是由丙烯酸溶液和氢氧化钠溶液混合制备而来。
[0028]进一步优选的，所述丙烯酸溶液的质量分数为45-55%，所述氢氧化钠的质量分数为 20-30 %。
[0029]优选的，丙烯酸、氢氧化钠、N，N_2羟甲基丙烯酰胺和过硫酸钠的质量比为100:45-55:8-13:0.8-1.2。过硫酸钠起到引发剂的作用。
[0030]优选的，步骤3)中，真空处理的真空度为80kPa至lOOkPa，真空处理的时间为6-1Oh0
[0031]真空处理可减少聚丙烯酸钠凝胶片中的气孔，因为气孔太多会降低导电率。
[0032]优选的，步骤5)中，聚合反应的温度为65_75°C，聚合反应的时间为2_4h。
[0033]优选的，步骤5)中，将制得的复合凝胶片的表面进行清洗，进一步的，使用酒精对复合凝胶片的表面进行清洗。
[0034]进一步优选的，步骤5)中，将清洗后的复合凝胶片进行干燥，优选的，干燥的温度为55-65°C，干燥的时间为8-12h。
[0035]优选的，步骤6)中，所述导电离子溶液为氯化钠溶液，浓度为2.5-4.5mol/L。
[0036]—种复合导电凝胶片的制备系统，包括溶液配制装置、聚合反应装置、干燥装置和浸润装置，溶液配制装置中进行反应物溶液的配制；反应物的混合溶液进入聚合反应装置发生聚合反应，生成水凝胶，聚合反应装置内设置有碳纤维纸，实现水凝胶的上下表面分别与碳纤维纸的粘结，得到复合凝胶片;复合凝胶片在干燥装置中干燥后，进入浸润装置中浸润导电离子溶液，得到复合导电凝胶片。
[0037]优选的，所述制备系统还包括真空处理装置，混合溶液首先在真空处理装置中进行真空处理后，再进入聚合反应装置发生聚合反应。
[0038]所述碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片作为除颤电极与人体肌肤之间的导电介质的应用。
[0039]本发明的有益效果为:
[0040]1、本发明的复合导电凝胶片中的碳纤维纸一方面可以提高凝胶片的机械强度，另一方面可以导电，与凝胶片中的导电离子共同提高了凝胶片的导电性能。
[0041]2、制备的碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片，采用的原料无毒无污染，可降解的绿原料，同时原料来源广泛，成本较为低廉，由于其应用氯化钠导电离子，对人体肌肤有良好的亲和性，可以作为除颤过程中除颤仪与肌肤之间的导电介质，保证了电极电流的正常传输。
[0042]3、本发明的方法使用的设备简单，操作方便，反应温度较低(65°C_75°C)，反应产物处理简单，制备工艺稳定，生产效率高，适宜大规模生产。
【具体实施方式】
[0043]下面通过具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0044]实施例1
[0045]—种复合导电凝胶片的制备系统，包括溶液配制装置、真空处理装置、聚合反应装置、干燥装置和浸润装置，溶液配制装置中进行反应物溶液的配制;配好的反应物溶液经过混合得到的混合溶液通过真空处理装置除气，除气后的混合溶液进入聚合反应装置发生聚合反应，生成水凝胶，聚合反应装置内设置有碳纤维纸，实现水凝胶的上下表面分别与碳纤维纸的粘结，得到复合凝胶片；复合凝胶片在干燥装置中干燥后，进入浸润装置中浸润导电离子溶液，得到复合导电凝胶片。
[0046]—种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法，包括如下步骤:
[0047]I)取质量浓度为45%的丙烯酸溶液，在搅拌条件下向此丙烯酸溶液中加入质量分数20 %氢氧化钠溶液，混合均匀后得丙烯酸钠溶液；
[0048]2)取丙烯酸单体质量0.1%的N，N_2羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸单体质量1.2%的过硫酸钠于5ml水中，超声溶解30min。
[0049]3)将I)、2)配置好的溶液置于真空干燥箱中，在-SOkpa下进行抽真空处理6h。
[0050]4)将3)中真空处理后的两种溶液超声混合后，倒入已置有一张碳纤维纸的培养皿中，倒完混合液后，在混合溶液表面再平铺一张碳纤维纸，同时在70°C温度下进行聚合反应3h。
[0051]5)将4)中已聚合的凝胶片用浓度为90%酒精清洗表面，然后在60°C下干燥8h。
[0052]6)将5)中聚合反应形成的凝胶片浸润氯化钠溶液后，最终形成碳纤维/聚丙烯酸钠导电水凝胶片。
[0053]制得的碳纤维/聚丙烯酸钠导电水凝胶片的结构为:包括聚丙烯酸钠凝胶片、第一碳纤维纸和第二碳纤维纸，聚丙烯酸钠凝胶片位于第一碳纤维纸和第二碳纤维纸之间，构成叠层结构;聚丙烯酸钠凝胶片内吸附有导电离子溶液。
[0054]所述除颤仪用导电凝胶片的电导率为0.64mS/cm。
[0055]实施例2
[0056]—种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法，包括如下步骤:
[0057]I)取质量浓度为50%的丙烯酸溶液，在搅拌条件下向此丙烯酸溶液中加入质量分数20 %氢氧化钠溶液，混合均匀后得丙烯酸钠溶液；
[0058]2)取丙烯酸单体质量0.1%的N，N_2羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸单体质量1.2%的过硫酸钠于5ml水中，超声溶解30min。
[0059]3)将I)、2)配置好的溶液置于真空干燥箱中，在-SOkpa下进行抽真空处理6h。
[0060]4)将3)中真空处理后的两种溶液超声混合后，倒入已置有一张碳纤维纸的培养皿中，倒完混合液后，在混合溶液表面再平铺一张碳纤维纸，同时在70°C温度下进行聚合反应3h。
[0061]5)将4)中已聚合的凝胶片用浓度为90%酒精清洗表面，然后在60°C下干燥10h。
[0062]6)将5)中聚合反应形成的凝胶片浸润氯化钠溶液后，最终形成碳纤维/聚丙烯酸钠导电水凝胶片。
[0063]所述除颤仪用导电凝胶片的电导率为0.86mS/cm。
[0064]实施例3
[0065]—种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法，包括如下步骤:
[0066]I)取质量浓度为50%的丙烯酸溶液，在搅拌条件下向此丙烯酸溶液中加入质量分数25 %氢氧化钠溶液，混合均匀后得丙烯酸钠溶液；
[0067]2)取丙烯酸单体质量0.15%的N，N_2羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸单体质量1.2%的过硫酸钠于5ml水中，超声溶解30min。
[0068]3)将I)、2)配置好的溶液置于真空干燥箱中，在-SOkpa下进行抽真空处理6h。
[0069]4)将3)中真空处理后的两种溶液超声混合后，倒入已置有一张碳纤维纸的培养皿中，倒完混合液后，在混合溶液表面再平铺一张碳纤维纸，同时在70°C温度下进行聚合反应3h。
[0070]5)将4)中已聚合的凝胶片用浓度为90%酒精清洗表面，然后在60°C下干燥10h。
[0071]6)将5)中聚合反应形成的凝胶片浸润氯化钠溶液后，最终形成碳纤维/聚丙烯酸钠导电水凝胶片。
[0072]所述除颤仪用导电凝胶片的电导率为1.22mS/cm。
[0073]实施例4
[0074]—种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法，包括如下步骤:
[0075]I)取质量浓度为50%的丙烯酸溶液，在搅拌条件下向此丙烯酸溶液中加入质量分数25 %氢氧化钠溶液，混合均匀后得丙烯酸钠溶液；
[0076]2)取丙烯酸单体质量0.2%的N，N_2羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸单体质量1.5%的过硫酸钠于5ml水中，超声溶解30min。
[0077]3)将I)、2)配置好的溶液置于真空干燥箱中，在-SOkpa下进行抽真空处理6h。
[0078]4)将3)中真空处理后的两种溶液超声混合后，倒入已置有一张碳纤维纸的培养皿中，倒完混合液后，在混合溶液表面再平铺一张碳纤维纸，同时在75 °C温度下进行聚合反应3h。
[0079]5)将4)中已聚合的凝胶片用浓度为90%酒精清洗表面，然后在60°C下干燥10h。
[0080]6)将5)中聚合反应形成的凝胶片浸润氯化钠溶液后，最终形成碳纤维/聚丙烯酸钠导电水凝胶片。
[0081]所述除颤仪用导电凝胶片的电导率为0.92mS/cm。
[0082]上述虽然对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片，其特征在于:包括聚丙烯酸钠凝胶片、第一碳纤维纸和第二碳纤维纸，聚丙烯酸钠凝胶片位于第一碳纤维纸和第二碳纤维纸之间，构成叠层结构;聚丙烯酸钠凝胶片内吸附有导电离子溶液。2.权利要求1所述的碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 聚丙烯酸钠凝胶的反应物溶液混合后置于两层碳纤维纸之间进行聚合反应，得到复合凝胶片，或将聚合生成的聚丙烯酸钠凝胶片置于两层碳纤维纸之间，得到复合凝胶片;复合凝胶片经过干燥后，浸润导电离子溶液，得到复合导电凝胶片。3.权利要求1所述的碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片的具体制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)配制丙烯酸钠单体溶液； 2)配制水溶性交联单体和过硫酸钠的混合溶液； 3)将步骤I)和步骤2)中的溶液混合后真空处理； 4)将真空处理过的混合溶液倒入反应容器中，反应容器的底部铺有碳纤维纸，并在混合溶液的上表面平铺碳纤维纸； 5)步骤4)的混合溶液发生聚合反应，得到复合凝胶片； 6)所述复合凝胶片浸润导电离子溶液后，得到碳纤维纸/聚丙烯酸钠复合导电凝胶片； 只要不影响制备，以上步骤可互换。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:步骤3)中，真空处理的真空度为SOkPa至lOOkPa，真空处理的时间为6_10h。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:步骤5)中，将制得的复合凝胶片的表面进行清洗，进一步的，使用酒精对复合凝胶片的表面进行清洗。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:步骤5)中，将清洗后的复合凝胶片进行干燥，优选的，干燥的温度为55-65°C，干燥的时间为8-12h。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:步骤6)中，所述导电离子溶液为氯化钠溶液，浓度为2.5-4.5mol/L08.—种复合导电凝胶片的制备系统，其特征在于:包括溶液配制装置、聚合反应装置、干燥装置和浸润装置，溶液配制装置中进行反应物溶液的配制；反应物的混合溶液进入聚合反应装置发生聚合反应，生成水凝胶，聚合反应装置内设置有碳纤维纸，实现水凝胶的上下表面分别与碳纤维纸的粘结，得到复合凝胶片;复合凝胶片在干燥装置中干燥后，进入浸润装置中浸润导电离子溶液，得到复合导电凝胶片。9.根据权利要求8所述的制备系统，其特征在于:所述制备系统还包括真空处理装置，混合溶液首先在真空处理装置中进行真空处理后，再进入聚合反应装置发生聚合反应。10.权利要求1所述的碳纤维纸和聚丙烯酸钠的复合导电凝胶片作为除颤电极与人体肌肤之间的导电介质的应用。
【文档编号】C08F220/58GK106046237SQ201610369152
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】毕见强, 赵庆强, 王伟礼, 孙国勋, 王素梅, 季红, 赵丽霞, 高希成, 郝旭霞, 谢冰莹, 邱妍, 崔京京, 王宁, 廖洪芳, 段佳琦
【申请人】山东大学