快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法技术

一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法，首先通过固相反应合成具有蓝绿色荧光的柠檬酸类(PCAD)发光化合物，然后将含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液中，在室温下，静置24小时后，即得透明状浅黄色羧甲基纤维素水凝胶，本发明专利技术采用了简单的两步制备方案来合成同时具备优异的自愈合性能、好的发光性能和拉伸性能的水凝胶，在生物医学和工程领域都有巨大的应用潜能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，特别涉及一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法。
技术介绍
自愈合水凝胶作为一种新型软智能材料，能够在受到外界损伤后恢复自身的结构完整性、机械性能以及其他各项功能，进而延长了材料的使用寿命。近期，有关自愈合水凝胶的研究展示了它作为结构材料在生物医学领域(如，组织工程、细胞治疗、组织粘合剂、外科敷料等)和工程领域(如，涂料和密封剂等)的应用潜能。自愈合水凝胶虽然具有很好的自愈合性能，但是就它未来的应用来看，仍存在一定得缺陷，例如，由于缺少跟踪监测性能，使其在使用过程中无法得到实时监测。另一方面，对光敏感的光致发光水凝胶的出现正因为其自身的实时监控性能引起了大家的关注。由发光物质(量子点、碳点、镧系离子)和聚合物网络构成的发光水凝胶，在生物医学领域(生物成像、生物传感器、温度传感器)和工程领域(pH传感器、开关)也有很大的应用潜能，但是发光水凝胶却很少具有自愈合性能。所以，将自愈合性能与发光性能进行整合，制备出发光自愈合水凝胶将具有很大的应用潜能。自愈合水凝胶的内部网络结构主要是通过非共价键相互作用(例如，氢键作用，静电相互作用，主-客体作用等)和动态共价键(亚胺键，苯腙键，二硫键等)来构建的。目前，基于超分子聚合物材料(通过静电相互作用和主-客体作用)所制备的既具有自愈合性能又具有发光性能的水凝胶已有所报道，但它们的机械性能较差，而且超分子水凝胶有一些无法避免的缺点，例如，所使用的小分子成胶物质具有一定毒性、制备方法和纯化步骤复杂、产率不高。以上所提到的缺点不仅限制了超分子水凝胶作为结构材料的广泛使用性，也使其达不到环境友好及大量生产的目的。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法，以来源丰富、绿色环保、可降解并且生物相容性良好的羧甲基纤维素(CMC)作为凝胶基底，具有快速简便、绿色环保、经济实惠的工艺特点，所得水凝胶集自愈合性能、拉伸性能、发光性能为一身。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法，首先通过固相反应合成具有蓝绿色荧光的柠檬酸类(PCAD)发光化合物，然后将含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液中，在室温下，静置24小时后，即得透明状浅黄色羧甲基纤维素水凝胶。所述柠檬酸类(PCAD)发光化合物通过如下方式获取：将无水柠檬酸和羰基二咪唑(CDI)放到研钵中，在室温下持续研磨，混合物的颜色渐渐由白色变成黄色，再变成深棕色即得。所述无水柠檬酸和羰基二咪唑的摩尔比为1:1.2。所述Al3+以Alcl3·6H2O的形式加入，在发光化合物水溶液中，无水柠檬酸与去离子水的质量体积比为(0.28～0.82)：1g/mL，羰基二咪唑与去离子水的质量体积比为(0.34～0.98)：1g/mL，Alcl3·6H2O与去离子水的质量体积比为(0.48～0.96)：1g/mL。所述含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液混合后，PCAD和Alcl3的总浓度Ct为10wt％、15wt％、20wt％或25wt％。所述含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液与羧甲基纤维素透明溶液的体积比为1：10。所述羧甲基纤维素透明溶液的质量浓度为6％。与现有技术相比，本专利技术采用了简单的两步制备方案来合成同时具备优异的自愈合性能、好的发光性能和拉伸性能的水凝胶。这种羧甲基纤维素水凝胶优异的蓝绿色荧光发光性能主要源于所掺杂的柠檬酸衍生物(PCAD)；自愈合能力主要是通过Al3+与羧甲基纤维素及柠檬酸衍生物(PCAD)上-COO-间离子配位的动态可逆相互作用实现的。这种多功能的羧甲基纤维素水凝胶的制备方法简单，并且是在有水的条件下完成的。发光自愈合水凝胶在生物医学和工程领域都有应用潜能，例如，作为盛放挥发性溶液器皿的密封剂；作为治疗胃穿孔的组织粘合剂等。附图说明图1是本专利技术用电子拉力机对哑铃状的羧甲基纤维素水凝胶进行拉伸测试结果示意图，其中图1a是含不同PCAD和Alcl3浓度的羧甲基纤维素水凝胶应力-应变曲线图，图1b是含不同PCAD和Alcl3浓度的羧甲基纤维素水凝胶在愈合24小时、48小时后的愈合效率(其中HEs为应力愈合效率，HEl为应变愈合效率)。图2是本专利技术羧甲基纤维素水凝胶在荧光光谱仪下的荧光发射峰检测结果示意图，其中图2a是羧甲基纤维素水凝胶和柠檬酸衍生物即发光化合物(PCAD)水溶液的激发图谱和发射图谱，图2b是含不同PCAD和Alcl3浓度的羧甲基纤维素水凝胶的发射图谱。具体实施方式本专利技术的水凝胶由羧甲基纤维素(CMC)、Al3+交联剂和柠檬酸衍生物发光化合物(PCAD)制备而成，在室温下，当发光化合物(PCAD)和Al3+交联剂的混合溶液滴加到羧甲基纤维素溶液中后，Al3+与发光化合物渐渐扩散进入羧甲基纤维素透明溶液中，羧甲基纤维素及发光化合物(PCAD)上的-COO-与Al3+间形成相互作用的的离子配位键。在这里，Al3+充当羧甲基纤维素大分子链间的物理交联剂；发光化合物本身具有荧光作用，其链上的羧基也可以与Al3+通过离子配位作用结合，因此，发光化合物(PCAD)与Al3间的相互作用能够适当减小Al3+与羧甲基纤维素上-COO-间强的离子配位作用，使凝胶具有自愈合性能。掌控好羧甲基纤维素、发光化合物与Al3+间的比例，就能得到具有很好发光性能的自愈合水凝胶。本专利技术的水凝胶性能：在室温下，不需要添加任何其他组分就能自愈合，并且愈合效率高达90％以上；具有很好的拉伸性能，可拉到原长的3倍；具有优异的蓝绿色荧光；具有可塑性，可做成任何形状。下面结合四个具体实施例对专利技术的制备方法进行详细说明：实施例1本实施例包括以下步骤：第一步，将干燥的羧甲基纤维素粉末与去离子水相混合形成一个透明的羧甲基纤维素溶液(羧甲基纤维素的质量分数为6％)，然后将其平铺到不同形状的磨具中来静置消泡。第二步，将0.28g无水柠檬酸和0.34g羰基二咪唑(CDI)(摩尔比为1:1.2)放到研钵中，持续研磨直到混合物的颜色渐渐由白色变成黄色，再变成深棕色，此时就会有柠檬酸类发光化合物(PCAD)形成。然后向样品中加入1mL的去离子水。最后，再加入0.48gAlcl3·6H2O作为交联剂。随后，得到PCAD和Alcl3的发光物质溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法，其特征在于，首先通过固相反应合成具有蓝绿色荧光的柠檬酸类(PCAD)发光化合物，然后将含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液中，在室温下，静置24小时后，即可得透明状浅黄色羧甲基纤维素水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法，其特征在于，
首先通过固相反应合成具有蓝绿色荧光的柠檬酸类(PCAD)发光化合物，
然后将含有Al3+交联剂的发光化合物水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液
中，在室温下，静置24小时后，即可得透明状浅黄色羧甲基纤维素水凝胶。
2.根据权利要求1所述快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方
法，其特征在于，所述柠檬酸类(PCAD)发光化合物通过如下方式获取：
将无水柠檬酸和羰基二咪唑(CDI)放到研钵中，在室温下持续研磨，
混合物的颜色渐渐由白色变成黄色，再变成深棕色即得。
3.根据权利要求2所述快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方
法，其特征在于，所述无水柠檬酸和羰基二咪唑的摩尔比为1:1.2。
4.根据权利要求2所述快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方
法，其特征在于，所述Al3+以Alcl3·6H2O的形式加入，在发光化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈咏梅，杨少安，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61