一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料及其制备方法和应用

本发明属于生物，涉及一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates，简称pha) 是由微生物利用多种碳源发酵产生的高分子聚酯的总称，具有良好的生物相容性和生物可降解性，以及与传统塑料相似的物理化学特性，可广泛应用于生物医学材料和可降解塑料的生产，但是由于生产和纯化成本高昂，限制了其进一步的应用发展。同时如何增加pha产品附加值是平衡其高生产成本的主流发展方向之一，其中将pha制成导电材料，具有高价值潜力的应用方向，尤其是在柔性传感器、纳米摩擦发电机等领域，具有非常高的研究价值和应用前景。

2、pha有150多种单体，其多数单体具有柔韧性差、电阻极大等劣势，而少数具有较好柔性的改性单体又因价格高昂和生产不稳定而难以应用。在柔性成型方面，常用大量比例pla或纤维类物质共混，缺乏pha的高比例柔性成型路径。在导电改性方面，暂存在研究空白。特别注意的是，虽然通过与金属元素复合可提高其导电性，但是应当尽可能减少金属类物质尤其是重金属离子的掺杂，以避免为环保材料附加生物毒性。因此，获得一种拉伸强度高、电导率高、可降解性好的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，对于促进pha在柔性传感器、纳米摩擦发电机等领域的广泛应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种拉伸强度高、电导率高、可降解性好的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将聚羟基脂肪酸酯制成纤维材料；

5、s2、将步骤s1中得到的纤维材料与过氧化氢溶液混合进行氧化处理；

6、s3、将步骤s2中经氧化处理后得到的纤维材料、氧化石墨烯分散液、维生素c混合，搅拌，得到聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料。

7、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，所述过氧化氢溶液中过氧化氢的质量百分含量为5%～15%。

8、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s2中，所述氧化处理在转速为50 rpm～250rpm的条件下进行；所述氧化处理的温度为25℃～50℃；所述氧化处理的时间为10min～120min。

9、上述的制备方法，进一步改进的，所述氧化处理处理之前还包括以下处理：采用乙醇溶液和丙酮溶液对纤维材料进行洗涤；所述乙醇溶液中乙醇的体积浓度为30%～80%；所述丙酮溶液中丙酮的体积浓度为20%～60%。

10、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s3中，所述氧化石墨烯分散液与纤维材料的比例为5 ml∶1 cm2～5 ml∶4 cm2；所述氧化石墨烯与维生素c的质量比为0.1～1∶1；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5mg/ml~10mg/ml。需注意的是，当浓度过高时，容易发生团聚导致的不均匀、不稳定现象；当浓度过低时，容易导致电导率偏低。

11、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s3中，先将氧化石墨烯分散液、维生素c混合，加入步骤s2中经氧化处理后得到的纤维材料；所述搅拌在转速为100 rpm～600 rpm、温度为40℃～85℃的条件下进行；所述搅拌的时间为3h～6h；所述搅拌完成后还包括以下处理：将搅拌后的产物在60℃下干燥20min～60min，采用超纯水进行浸洗，将浸洗后得到的产物在60℃下干燥20min～60min，得到聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料。

12、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，采用静电纺丝法将聚羟基脂肪酸酯制成纤维材料，包括以下步骤：

13、s11、将聚羟基脂肪酸酯与有机溶剂混合，超声或搅拌，得到聚羟基脂肪酸酯溶液；

14、s12、以聚羟基脂肪酸酯溶液为纺丝液进行静电纺丝，得到纤维材料。

15、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s11中，所述聚羟基脂肪酸酯溶液中聚羟基脂肪酸酯的质量百分含量为3 %～8 %；所述聚羟基脂肪酸酯包括phb、phbv、p34hb中的至少一种；所述聚羟基脂肪酸酯为粉末形态，过筛不低于40目，包括40目；所述有机溶剂由第一组分和第二组分混合而成；所述第一组分包括氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷中的至少一种；所述第二组分为乙醇；所述有机溶剂中第二组份的质量百分含量为5%～25%。

16、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s12中，所述静电纺丝的工艺参数为：正极电压为16 kv～25 kv，负极电压为0～-5 kv，滚轮转速为100 rpm～300 rpm，纺丝距离为140mm，针头距离为8cm～12 cm，溶液流速为0.05 ml/h～15 ml/h；所述静电纺丝的过程中控制体系的湿度为50%～80%，温度为25℃。

17、作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，所述聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料由上述的制备方法制得。

18、上述的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，进一步改进的，所述聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料包括聚羟基脂肪酸酯纤维，所述聚羟基脂肪酸酯纤维表面负载有还原性氧化石墨烯。

19、作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料作为原料在制备柔性电极中的应用。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、（1）本发明创造性的提供了一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料的制备方法，以聚羟基脂肪酸酯为原料制成纤维材料，有利于提高材料的降解性和拉伸强度，然后采用过氧化氢对纤维材料进行氧化处理，增强纤维材料表面的含氧官能团，可以促进提高纤维材料对氧化石墨烯的吸附能力，使更多的氧化石墨烯吸附在纤维材料表面，进而有利于提高纤维材料表面导电材料（还原性氧化石墨烯）的负载量，最后将纤维材料、氧化石墨烯分散液、维生素c混合，通过简单的搅拌即可将氧化石墨烯还原成还原性氧化石墨烯并负载在纤维材料表面，由此可在纤维材料和还原性氧化石墨烯的共同作用下，显著提高材料的电导率，最终制备得到拉伸强度高、电导率高、可降解性好的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，该聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料可作为原料，用于制备pha基柔性电极，可广泛应用于柔性传感器、纳米摩擦发电机等领域。

22、（2）本发明中，采用静电纺丝法将聚羟基脂肪酸酯制成纤维材料，通过优化纺丝液中聚羟基脂肪酸酯的类型和用量、有机溶剂的组分及各组分的用量，能够获得的拉伸强度更高的纤维材料。

1.一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述过氧化氢溶液中过氧化氢的质量百分含量为5%～15%。

3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述氧化处理在转速为50rpm～200 rpm的条件下进行；所述氧化处理的温度为25℃～50℃；所述氧化处理的时间为10min～120min；所述氧化处理处理之前还包括以下处理：采用乙醇溶液和丙酮溶液对纤维材料进行洗涤；所述乙醇溶液中乙醇的体积浓度为30%～80%；所述丙酮溶液中丙酮的体积浓度为20%～60%。

4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述氧化石墨烯分散液与纤维材料的比例为5 ml∶1 cm2～5 ml∶4 cm2；所述氧化石墨烯与维生素c的质量比为0.1～1∶1；所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5 mg/ml～10 mg/ml。

5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，先将氧化石墨烯分散液、维生素c混合，加入步骤s2中经氧化处理后得到的纤维材料；所述搅拌在转速为100 rpm～600rpm、温度为40℃～85℃的条件下进行；所述搅拌的时间为3h～6h；所述搅拌完成后还包括以下处理：将搅拌后的产物在60℃下干燥20min～60min，采用超纯水进行浸洗，将浸洗后得到的产物在60℃下干燥20min～60min，得到聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，采用静电纺丝法将聚羟基脂肪酸酯制成纤维材料，包括以下步骤：

7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s11中，所述聚羟基脂肪酸酯溶液中聚羟基脂肪酸酯的质量百分含量为3 %～8 %；所述聚羟基脂肪酸酯包括phb、phbv、p34hb中的至少一种；所述聚羟基脂肪酸酯为粉末形态，过筛不低于40目；所述有机溶剂由第一组分和第二组分混合而成；所述第一组分包括氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷中的至少一种；所述第二组分为乙醇；所述有机溶剂中第二组份的质量百分含量为5%～25%；

8.一种聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，其特征在于，所述聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料由权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料，其特征在于，所述聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料包括聚羟基脂肪酸酯纤维，所述聚羟基脂肪酸酯纤维表面负载有还原性氧化石墨烯。

10.一种如权利要求8或9所述的聚羟基脂肪酸酯柔性导电材料作为原料在制备柔性电极中的应用。