一种全生物基可打印自修复水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种全生物基可印刷水凝胶及其制备方法和应用。原料包括淀粉悬浮液、天然胶乳、添加剂，淀粉形成第一网络，天然橡胶形成第二网络，第一网络内部、第二网络内部及第一网络和第二网络之间存在氢键的作用力，淀粉悬浮液中的淀粉和天然胶乳中的天然橡胶的质量比为1

【技术实现步骤摘要】
一种全生物基可打印自修复水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物可降解材料
，具体涉及一种全生物基可打印自修复水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着社会和经济的发展以及持续的人口增长，常规化石燃料(煤、石油、天然气等)作为世界范围内的主要能源，其储量越来越少且不可再生，可再生能源被认为是实现能源自给自足的重要环节之一，也是通过减少对环境的排放(废气、废液、废固)来缓解大自然压力的重要环节之一。由于对替代能源的需求、对可再生能源技术的倡议以及大量未开发的生物质潜力，生物质作为可再生能源的使用不断增加。为了解决废弃塑料带来的环境问题以及降低对化石资源的依赖，拓展生物可降解材料方面的研究和应用日益受到重视，且已在生产和生活中得到了应用，即利用可再生资源制造自修复水凝胶。然而，完全生物基自愈水凝胶的机械强度是不够的，因此，不可再生材料通常用于改善其机械性能。因此，基于完全可再生材料制备兼具良好机械性能和自修复性能的水凝胶仍然具有挑战性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种全生物基可打印自修复水凝胶及其制备方法和应用。涉及的技术问题是全生物基水凝胶机械性能差(或强度低，或应变小，或修复效率低，或修复温度高，或抗撕裂能力差等问题)、制备流程复杂、耗时长等问题。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]第一方面，一种全生物基可打印自修复水凝胶，原料包括淀粉悬浮液、天然胶乳、添加剂，淀粉形成第一网络，天然橡胶形成第二网络，第一网络内部、第二网络内部及第一网络和第二网络之间分别存在氢键的作用力，淀粉悬浮液中的淀粉和天然胶乳中的天然橡胶的质量比为1
‑
2:1
‑
2。
[0007]本专利技术利用生物基材料制备得到一种可再生的和可自修复的水凝胶材料，解决了生物基水凝胶的愈合率较低，机械强度较差的问题。
[0008]如果利用淀粉和海藻酸钠制备水凝胶，其愈合效率仅为4.98％。如果利用不可再生的材料制备水凝胶虽然具有一定的强度，但是水凝胶不具有可再生性，不利于可再生、可降解材料的发展。
[0009]本专利技术中利用淀粉吸水膨胀继而糊化形成第一网络(氢键)；天然橡胶链脱水析出、原位沉淀，形成第二网络(氢键)。此外，两种网络之间亦存在着相互作用(多重氢键)，进一步增加彼此间的相容性并起到协同增强效应。基于多重氢键的作用力，所制备的水凝胶
具有优异的力学性能、修复效率以及抗撕裂能力。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，淀粉悬浮液中的淀粉和天然胶乳中的天然橡胶的质量比为1:1
‑
2或1
‑
2:1；优选为1:1、2:1、1:2。水凝胶中淀粉和天然胶乳中的天然橡胶所占的比例对水凝胶的弹性、韧性和拉伸强度、断裂伸长率都具有一定的影响，在淀粉和天然胶乳中的天然橡胶为1:2时能够拥有较好的弹性、韧性和拉伸强度、断裂伸长率，单独的淀粉胶和天然橡胶形成的凝胶，都不能具有较好的拉伸强度和断裂伸长率，复合后的水凝胶具有较好的拉伸强度和断裂伸长率，具有比较好的弹性。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，淀粉悬浮液中淀粉与水的质量比为1:1
‑
3；优选为1:2。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，天然胶乳的固含量为50
‑
70％；优选为60％。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，添加剂包括pH调节剂，pH调节剂包含在淀粉悬浮液中，淀粉悬浮液的pH为9
‑
10；pH调节剂优选为氨水。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，添加剂包括硼酸，所述硼酸相对于淀粉的质量分数为0
‑
4wt％；优选为2wt％。所述加入硼酸对水凝胶的应力应变能力具有一定的影响，比如当不添加硼酸时和硼酸过量时，水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率有一定程度的降低。
[0015]第二方面，一种全生物基可印刷水凝胶的制备方法：
[0016]淀粉悬浮液与氨水混合，然后与硼酸、天然胶乳混合，加热处理后得到凝胶。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述加热处理的温度为85
‑
100℃，加热处理的时间为1
‑
4min；优选的，温度为95℃，加热处理的时间为2min。
[0018]第三方面，上述全生物基可印刷水凝胶在3D打印、柔性传感器的应用。优选的，所述传感器为3D印刷传感器，例如仿生电子手套等，能够捕捉到人体运动的状态，例如弯曲状态等形状。
[0019]第四方面，一种传感器，所述传感器包括上述的全生物基可印刷水凝胶和全生物基可印刷水凝胶中负载的银纳米粒子。加入的银的量，1g淀粉(淀粉悬浮液中淀粉)对应0.0008
‑
0.0015mol的银纳米粒子；优选的，1g淀粉对应0.001mol的银纳米粒子。
[0020]本专利技术中在传感器中引入了银纳米粒子，所述银纳米粒子，能够使上述水凝胶进一步拥有导电的能力，成为导电水凝胶，具有传感器的能力，具有分辨不同形变和形变程度的能力，提供了一种可再生、机械性能、自修复性能和良好传感性能的材料。
[0021]第五方面，上述传感器的制备方法为：
[0022]淀粉悬浮液与氨水混合，然后与硼酸、天然胶乳混合，得到混合液，向混合液中加入硝酸银和葡萄糖，加热处理后得到凝胶。
[0023]优选的，淀粉悬浮液中的淀粉、硝酸银、葡萄糖的质量比为1:0.15
‑
0.18:0.18
‑
0.2。
[0024]第六方面，上述传感器在电子产品中的应用。
[0025]本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
[0026]本专利技术基于淀粉和天然胶乳得到一种全生物基的水凝胶，具有生物可降解性能，是一种自愈水凝胶，具有优异的机械性能，包括高拉伸强度(～1.01MPa)、高断裂伸长率(～1500％)、高韧性(～6.28MJ/m3)、高弹性模量(～0.28MPa)，此外，水凝胶还表现出优异的自恢复能力和自修复能力以及3D印刷能力。向水凝胶中加入导电物质银纳米粒子(原位还
原)，可制得柔性传感器且具有2.03的高规系数和良好的耐用性(1000次循环)，用于监察人体运动。将3D印刷带入到传感器领域，生产出一种能够捕捉复杂手部运动的仿生电子手套，这项工作为制造高性能多功能水凝胶提供了一条新途径，并为设计复杂的可穿戴传感器以准确监测人体运动开辟了道路。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1为实施例3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全生物基可印刷水凝胶，其特征在于：原料包括淀粉悬浮液、天然胶乳、添加剂，淀粉形成第一网络，天然橡胶形成第二网络，第一网络内部、第二网络内部及第一网络和第二网络之间存在氢键的作用力，淀粉悬浮液中的淀粉和天然胶乳中的天然橡胶的质量比为1
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2:1
‑
2。2.如权利要求1所述的全生物基可印刷水凝胶，其特征在于：淀粉悬浮液中的淀粉和天然胶乳中的天然橡胶的质量比为1:1
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2或1
‑
2:1；优选为1:1、2:1、1:2。3.如权利要求1所述的全生物基可印刷水凝胶，其特征在于：淀粉悬浮液中淀粉与水的质量比为1:1
‑
3。4.如权利要求1所述的全生物基可印刷水凝胶，其特征在于：天然胶乳的固含量为50
‑
70％；优选为60％。5.如权利要求1所述的全生物基可印刷水凝胶，其特征在于：添加剂包括pH调节剂，pH调节剂包含在淀粉悬浮液中，淀粉悬浮液的pH为9
‑
10；pH调节剂优选为氨水。6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文鹏，黄兵，李媛，孙培奥，冯献起，许军，闫寿科，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：