高强度高韧性再生纤维素水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶及其制备方法，涉及高分子功能材料技术领域，所述高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入第一化学交联剂溶液，进行一次化学交联凝胶化；(b)将凝胶转移至第二化学交联剂溶液中，进行二次化学交联凝胶化，即得到高强度高韧性再生纤维素水凝胶，解决了传统制备方法制备得到的纤维素水凝胶的结构和力学性能差的技术问题，本发明专利技术提供的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法操作简单，成本低廉，利用双化学交联策略，制备得到的纤维素水凝胶具有优异的力学性能，应用前景广泛。

High strength and high toughness regenerated cellulose hydrogel and its preparation method

The invention provides a high strength and high toughness regenerated cellulose hydrogel and a preparation method thereof, which relates to the field of polymer functional materials. The preparation method of the high strength and high toughness regenerated cellulose hydrogel comprises the following steps: (a) adding the first chemical crosslinking agent solution to the cellulose solution to carry out a chemical crosslinking gelation; (b) transferring the gel to second chemical crosslinking agent. In the agent solution, two times chemical crosslinking gelation is carried out, that is, regenerated cellulose hydrogel with high strength and high toughness is obtained, which solves the technical problems of poor structure and poor mechanical properties of the cellulose hydrogel prepared by the traditional preparation method. The preparation method of the high strength and high toughness regenerated fibrin hydrogels provided by the invention is simple in operation and low in cost, and is made by the double chemical crosslinking strategy. The prepared cellulose hydrogels have excellent mechanical properties and wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
高强度高韧性再生纤维素水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及高分子功能材料领域，尤其是涉及一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是具有化学或物理交联结构，可吸收大量水分但不溶于水，由聚合物和水组成的，具有三维交联网络结构的材料。然而，传统水凝胶因为“软而弱”的力学性能，应用受到限制。目前，传统水凝胶力学强度较差的缺点可使用不同方法改善，其中最具代表性的有纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、微凝胶增强水凝胶、离子增强水凝胶和物理化学双交联水凝胶。尽管如此，水凝胶的功能不断扩展，提升水凝胶的力学强度仍是该领域的研究热点。多糖基水凝胶是一类具有生物相容性和生物降解性等优良性质的材料，受到广泛关注。其中纤维素更是因为储量丰富、可再生和可生物降解广受瞩目。尤其是基于天然纤维素构筑强而韧纤维素水凝胶的研究成为热点。例如，基于纤维素绿色溶剂体系碱/尿素/水体系，申请人通过环氧氯丙烷交联纤维素溶液制备得到化学交联纤维素水凝胶。该水凝胶材料在水中完全溶胀后，呈现出易碎和软弱的力学性能，严重限制水凝胶材料的实际应用。目前为止，基于碱-尿素溶剂体系制得的纤维素溶液，还没有一种完全基于共价键交联构筑强韧纤维素水凝胶的工作被报道。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，该制备方法具有操作简单，成本低廉的优点，解决了传统制备方法制备得到的纤维素水凝胶的结构和力学性能差的技术问题。本专利技术的第一目的在于提供一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入第一化学交联剂溶液，进行一次化学交联凝胶化；(b)将凝胶转移至第二化学交联剂溶液中，进行二次化学交联凝胶化，即得到高强度高韧性再生纤维素水凝胶。进一步的，所述第一化学交联剂选自环氧氯丙烷、己二酸、京尼平、琥珀酸酐、六亚甲基二异氰酸酯、马来酸酐、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、丙三醇、乙二醇、苯二甲酸、戊二醛或甲醛中的至少一种，优选为环氧氯丙烷；和/或，所述第二化学交联剂选自聚乙二醇缩水甘油醚、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、双两烯酸已二醇酯或双甲基丙烯酸已二醇酯中的至少一种，优选为聚乙二醇缩水甘油醚。进一步的，所述第一化学交联剂与所述纤维素的质量比为(0.5～9.5):(1～8)；优选地，化学交联剂与所述纤维素的质量比为3.55:5。进一步的，所述第二化学交联剂的分子量为380～6000，优选为1000。进一步的，所述第二化学交联剂的浓度为0.2～1.2mol/L，优选为0.3mol/L。进一步的，所述纤维素的来源选自再生纤维素、竹纤维素、椰壳纤维素、麻纤维素、海藻纤维素或海鞘纤维素中的至少一种；优选地，再生纤维素的来源选自棉短绒浆、甘蔗渣浆、蒲葵叶浆、秸秆浆、木浆或纸浆中的至少一种。进一步的，所述纤维素溶液中纤维素的质量分数为1～8wt％，优选为5wt％。进一步的，所述一次化学交联凝胶化的温度均为-5～10℃，优选为0℃；和/或，二次化学交联凝胶化的温度为0～80℃，优选为60℃。进一步的，所述一次化学交联凝胶化的时间为2～8h，优选为4h；和/或，所述二次化学交联凝胶化的时间为8～12h，优选为10h。本专利技术的第二目的在于提供一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶，根据本专利技术提供的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法操作简单，成本低廉，利用双化学交联策略，制备得到的纤维素水凝胶具有优异的力学性能，应用前景广泛。本专利技术提供的高强度高韧性再生纤维素水凝胶具有优异的结构和力学性能，应用前景良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为对比例1提供的单化学交联纤维素水凝胶、对比例2提供的化学物理双交联纤维素水凝胶和实施例1提供的高强度高韧性双化学交联纤维素水凝胶的压缩应力-应变曲线；图2从上至下分别为高速摄像机拍摄对比例1提供的单化学交联纤维素水凝胶和实施例1提供的高强度高韧性双化学交联纤维素水凝胶从同一高度下落和反弹图；图3为对比例1提供的单化学交联纤维素水凝胶和实施例1提供的高强度高韧性双化学交联纤维素水凝胶表面和截面扫描电子显微镜图；图4为对比例1提供的单化学交联纤维素水凝胶和实施例1提供的高强度高韧性双化学交联纤维素水凝胶的固体核磁13C谱图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入第一化学交联剂溶液，进行一次化学交联凝胶化；(b)将凝胶转移至第二化学交联剂溶液中，进行二次化学交联凝胶化，即得到高强度高韧性再生纤维素水凝胶。本专利技术提供的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法操作简单，成本低廉，利用双化学交联策略，制备得到的纤维素水凝胶具有优异的力学性能，应用前景广泛。本专利技术首次利用双化学交联策略，依次使用第一化学交联剂(环氧氯丙烷)和第二化学交联剂(聚乙二醇二缩水甘油醚)的二种化学交联剂交联纤维素分子链，制备双化学交联纤维素水凝胶。当该水凝胶受外力作用时，由第一化学交联剂构筑的第一重化学交联网络先断裂，充当“牺牲键”，耗散大量能量；而由第二化学交联剂构筑的第二重化学交联网络维持着水凝胶的大形变，保证水凝胶的弹性形变。这种独特的能量耗散机制赋予水凝胶优异的力学性能。双化学交联纤维素水凝胶提升化学交联纤维素水凝胶的结构和性能，从而拓宽纤维素水凝胶的应用前景。在本专利技术的一种优选实施方式中，第一化学交联剂选自环氧氯丙烷、己二酸、京尼平、琥珀酸酐、六亚甲基二异氰酸酯、马来酸酐、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、丙三醇、乙二醇、苯二甲酸、戊二醛或甲醛中的至少一种。在本专利技术的进一步优选实施方式中，第一化学交联剂为环氧氯丙烷。通过对第一化学交联剂的更进一步调整和优化，使得到的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的性能更好。在本专利技术的一种优选实施方式中，第二化学交联剂选自聚乙二醇缩水甘油醚、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、双两烯酸已二醇酯或双甲基丙烯酸已二醇酯中的至少一种。在本专利技术的进一步优选实施方式中，第二化学交联剂为聚乙二醇缩水甘油醚。通过对第二化学交联剂的更进一步调整和优化，使得到的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的性能更好。在本专利技术的一种优选实施方式中，第一化学交联剂与纤维素的质量比为(0.5～9.5):(1～8)。在本专利技术中，第一化学交联剂与纤维素的典型但非限制性的质量比为0.5:1、0.5:2、0.5:3、0.5:4、0.5:5、0.5:6、0.5:7、0.5:8、3.55:1、3.55:2、3.55:3、3.55:4、3.55:5、3.55:6、3.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入第一化学交联剂溶液，进行一次化学交联凝胶化；(b)将凝胶转移至第二化学交联剂溶液中，进行二次化学交联凝胶化，即得到高强度高韧性再生纤维素水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)向纤维素溶液中加入第一化学交联剂溶液，进行一次化学交联凝胶化；(b)将凝胶转移至第二化学交联剂溶液中，进行二次化学交联凝胶化，即得到高强度高韧性再生纤维素水凝胶。2.根据权利要求1所述的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一化学交联剂选自环氧氯丙烷、己二酸、京尼平、琥珀酸酐、六亚甲基二异氰酸酯、马来酸酐、苯二甲酸酐、戊二酸酐、丁二酸酐、丙三醇、乙二醇、苯二甲酸、戊二醛或甲醛中的至少一种，优选为环氧氯丙烷；和/或，所述第二化学交联剂选自聚乙二醇缩水甘油醚、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、双两烯酸已二醇酯或双甲基丙烯酸已二醇酯中的至少一种，优选为聚乙二醇缩水甘油醚。3.根据权利要求1或2所述的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一化学交联剂与所述纤维素的质量比为(0.5～9.5):(1～8)；优选地，化学交联剂与所述纤维素的质量比为3.55:5。4.根据权利要求1或2所述的高强度高韧性再生纤维素水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第二化学交联剂的分子量为380～6000，优选为1000。5.根据权利要求1或2所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶冬冬，邹捷，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44