一种用于制备导电水凝胶的组合物、导电水凝胶及其制备方法与流程

本技术涉及水凝胶材料制备领域，具体而言，涉及一种用于制备导电水凝胶的组合物、导电水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶是水分子和聚合物网络的聚集体，被认可为人造组织、药物递送和生物研究模型的理想材料，近年来更是被广泛用于医疗器械和生物电子设备等前沿领域。结合当下人工智能、机器人、大数据、智慧医疗等多个领域的迅猛发展，功能水凝胶的开发有助于推动人机共融技术，为新兴生物电子的开发、个性化医疗器械和康复治疗的发展等提供强有力的支持。

2、导电水凝胶是水凝胶中的一种，其主要是以去离子水加上高分子共聚物等物质组成的凝胶状材料，其种类很多，可以在多领域应用。如作为生物电极，其采用导电聚合物水凝胶，如聚丙烯酸等电解质聚合物与润湿剂和水交联而形成的聚合物基质，该聚合物基质是亲水的，而且具有透水性，所以很容易加入电解质，而且可降低阻抗；因此，导电水凝胶作为生物电极其性能非常出色。

3、现有技术中，导电水凝胶由于兼顾了水凝胶和导电物质的双重优势，广泛应用于生物医药、组织工程材料和生物传感器等领域，其中，导电水凝胶的理化性能与其制备原料的组分以及各个组分之间的配比密切相关，但是，目前的导电水凝胶由于其制备原料的组分设置以及各个组分的配比欠佳，使得对应的导电水凝胶难以兼容导电性好(现有导电水凝剂的电阻和电阻率高达兆欧级，其对应的导电性极差)和电容高等优势，导致其应用受到限制。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种用于制备导电水凝胶的组合物、导电水凝胶及其制备方法，能够改善导电水凝胶难以兼顾导电性好和电容性高等优异性能的问题。

2、本技术的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供一种用于制备导电水凝胶的组合物，以重量百分比计，包括：10.53％～12.53％的水性高分子聚合物、0.37％～0.57％的强酸强碱盐、18.22％～20.22％的保水剂、10.53％～12.53％的成胶剂以及0.03％～0.05％的改性剂。

4、上述技术方案中，用于制备导电水凝胶的组合物含有上述组分及其配比，相较于常规的组合物(与本技术实施例提供的组合物的组分和/或配比不同)，能够通过各个组分的共同作用，使得以本技术实施例提供的组合物作为原料制备得到的导电水凝胶兼具导电性好和电容性高等优势。

5、在一些可选的实施方案中，水性高分子聚合物包括聚乙烯醇、羟甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或多种。

6、在一些可选的实施方案中，水性高分子聚合物的重均分子量为100000～200000。

7、在一些可选的实施方案中，水性高分子聚合物包括聚乙烯醇。

8、本技术实施例提供的技术方案适用于上述多种水性高分子聚合物体系，能够提供更多的可实施方式，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用。

9、进一步地，将水性高分子聚合物的重均分子量限定在特定范围内，能够使得各个组分更好的结合在一起，以提高制备得到的导电水凝胶的稳定性。

10、进一步地，水性高分子聚合物包括聚乙烯醇，能够使得各个组分更好的结合在一起，以提高制备得到的导电水凝胶的稳定性。

11、在一些可选的实施方案中，强酸强碱盐包括nacl、kcl、licl、k2so4和na2so4中的一种或多种。

12、本技术实施例提供的技术方案适用于上述多种强酸强碱盐体系，能够提供更多的可实施方式，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用；此外，上述体系的强酸强碱盐还能使得制备得到的导电水凝胶具有更好的离子导电率，同时，还能使其具备较好的可拉伸性和组织柔软性。

13、在一些可选的实施方案中，保水剂包括丙二醇和丙三醇中的一种或多种。

14、本技术实施例提供的技术方案适用于上述多种保水剂体系，能够提供更多的可实施方式，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用。

15、在一些可选的实施方案中，成胶剂包括聚丙烯酸、果胶、明胶、卡拉胶、琼脂和结冷胶中的一种多种。

16、在一些可选的实施方案中，成胶剂包括聚丙烯酸。

17、在一些可选的实施方案中，成胶剂包括重均分子量为2000～5000的聚丙烯酸和重均分子量为300000～500000的聚丙烯酸。

18、在一些可选的实施方案中，重均分子量为2000～5000的聚丙烯酸和重均分子量为300000～500000的聚丙烯酸二者的质量比为1.5：(0.2～3)。

19、在一些可选的实施方案中，重均分子量为2000～5000的聚丙烯酸和重均分子量为300000～500000的聚丙烯酸二者的质量比为1.5：(0.4～1.5)。

20、在一些可选的实施方案中，重均分子量为2000～5000的聚丙烯酸和重均分子量为300000～500000的聚丙烯酸二者的质量比为1.5：(0.6～0.8)。

21、本技术实施例提供的技术方案适用于上述多种成胶剂体系，能够提供更多的可实施方式，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用。

22、进一步地，成胶剂包括聚丙烯酸，能够使得制备得到的导电水凝胶具备更强的粘性以及保水性。

23、进一步地，成胶剂中同时含有不同分子量大小的聚丙烯酸，其中，低分子量的聚丙烯酸可以发挥分散剂的作用，以使制备过程中的混合体系更为均匀，进而使得整个体系的理化性能较为一致，高分子量的聚丙烯酸可以发挥类似黏结剂、增黏剂或增稠剂的作用，通过不同分子量的聚丙烯酸的共同作用，能够使得制备得到的导电水凝胶具有更好的综合理化性能。

24、进一步地，将两种分子量的聚丙烯酸的质量比限定在特定范围内，能够使得二者具有适宜的用量比，从而更好地提升制备得到的导电水凝胶的综合理化性能，并且，随着两种分子量的聚丙烯酸的质量比得到逐级限定，制备得到的导电水凝胶的综合理化性能得到逐步提升，特别是将二者的质量比限定在1.5：(0.6～0.8)的范围内时，由于二者具有更为适宜的配比，通过两种分子量的聚丙烯酸的共同作用，能够使得制备得到的导电水凝胶具有更为优异的综合理化性能。

25、在一些可选的实施方案中，改性剂包括木质素磺酸盐、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸钠中的一种或多种。

26、在一些可选的实施方案中，改性剂包括氢氧化镁。

27、本技术实施例提供的技术方案适用于上述多种改性剂体系，能够提供更多的可实施方式，从而便于对本技术实施例提供的技术方案进行推广和应用；其中，木质素磺酸盐不仅能够增加制备得到的导电水凝胶的机械强度，由于其含有大量的具有一定刚性的苯环，还能改善导电水凝胶的耐热性；剩余类型的改性剂主要用于增加制备得到的导电水凝胶的机械强度以及粘性。

28、进一步地，改性剂包括氢氧化镁，能够使得制备得到的导电水凝胶具有更好的机械强度以及粘性。

29、第二方面，本技术实施例提供一种导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

30、将如第一方面实施例提供的用于制备导电水凝胶的组合物溶于水并在预设温度下进行混合，得到混合物；对混合物进行固化，得到导电水凝胶。

31、上述技术方案中，将第一方面实施例提供的用于制备导电水凝胶的组合物作为制备原料，并按照上述工艺进行制备，能够制备得到兼具导电性好和电容性高等优异性能的导电水凝胶。

32、在一些可选的实施方案中，在进行混合的步骤中，包括：

33、先将水性高分子聚合物、强酸强碱盐和保水剂溶于水进行混合，得到混合物中间体；再向混合物中间体中加入成胶剂和改性剂进行混合，得到混合物。

34、上述技术方案中，先将水性高分子聚合物、强酸强碱盐和保水剂溶于水进行混合，再加入成胶剂和改性剂进行混合，这种分步混合的方式能够减少反应原料被包覆的量(若采用一步法混合的方式，加入成胶剂以后在成胶的过程中会对反应原料进行包覆，导致反应原料被有效利用的量减少)，以提高各种反应原料的利用率。

35、在一些可选的实施方案中，满足以下条件中的a和/或b：

36、a预设温度为60～100℃。

37、b在进行固化的步骤中，处理温度为-30～0℃，处理时间为0.5～5h。

38、上述技术方案中，将预设温度限定在适宜的范围内，能够使得各种反应原料更容易溶解，以便更容易地制备得到混合均匀的混合物中间体；将固化的处理温度和时间分别限定在适宜的范围内，能够使得固化过程在适宜的条件下进行，从而得到固化效果更好的导电水凝胶。

39、第三方面，本技术实施例提供一种导电水凝胶，采用如第二方面实施例提供的导电水凝胶的制备方法制得。