一种改性淀粉-聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种改性淀粉

【技术实现步骤摘要】
一种改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附水凝胶的制备方法和应用，属于高分子材料领域。

技术介绍

[0002]可感应外界刺激(例如：温度，湿度，压力，应变等)并转换为电阻，电流，电容等可监测电信号，同时具备柔韧性，高拉伸性和生物相容性的导电水凝胶是柔性传感器的理想候选材料。与刚性弹性体不同，如果使用基于水凝胶的传感器，可以很容易地调整含水水凝胶的化学性质，网络结构和机械性能，使其与生物组织相匹配，并且水凝胶的弹性与真实的人类皮肤非常相似。因此，基于水凝胶的应变和压力传感器与生物组织更加兼容，为智能皮肤和可植入设备的设计奠定了基础。然而，对于基于水凝胶的应变和压力传感器的大规模商业应用，仍然存在一些障碍并且有待解决。首先，传统水凝胶中由于导电介质的缺失，所以并不具备导电性能，严重限制了水凝胶在传感器方面的应用。因此，应在不降低其机械性能的前提下，将导电能力适当有效地引入水凝胶中。其次，传统的水凝胶通常显示出较弱的机械性能，还应该对其进行改进以满足柔性电子产品实际应用的需求。此外，灵敏度在感测真实运动方面也起着非常重要的作用，因为在存在相对较低的信噪比(SNR)的情况下，高灵敏度有助于精确捕获微妙的运动或生理信号。
[0003]目前大部分的水凝胶传感器进行健康监测时需要借助外部的胶带，绷带或粘合剂才可固定在人体皮肤表面。但是这类外部固定的方法存在诸多问题，例如敏感皮肤对于胶带，粘合剂等材料会存在过敏等不良反应，增加了皮肤受到损伤的几率。对肘部，膝盖和脚踝等动作幅度较大的部位进行固定时，通常存在固定困难，粘附强度较低，水凝胶传感器容易滑动或脱落的问题，会降低监测的精准度。赋予水凝胶传感器粘附性是解决上述问题的简单方法，粘附性可实现水凝胶传感器与皮肤之间无缝接触，从而获得最稳定的信号水平。因此，开发出一种具有粘附性，同时兼具高拉伸性和高灵敏度的导电水凝胶具有重要意义。
[0004]制备黏性水凝胶的有效方法是引入粘附组分，如聚多巴胺(PDA)，碱基，蛋白质和淀粉等。近年来，大量的聚多巴胺黏性水凝胶被制备出来并应用在柔性可穿戴应变传感器领域。然而，多巴胺聚合过程易受溶液pH影响，形成聚多巴胺水凝胶时间长，效率低。同时，目前大部分的粘附水凝胶都不可长时间重复粘附，受到油脂，皮毛，灰尘等污染时，黏性会出现明显的下降，极大的限制了粘附水凝胶的进一步应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶及其制备方法和应用。采用自由基聚合法，将改性淀粉与丙烯酸水凝胶进行聚合，形成三维交联网络水凝胶。利用水凝胶聚合物链上分布的大量糖苷和羟基，赋予了水凝胶对各种材料表面优秀的粘附性，以及优异的重复粘附能力。
[0006]本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的。
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶，将淀粉进行改性处理而得到的改性淀粉和丙烯酸单体在引发剂的作用下进行自由基聚合而制备得到。
[0008]在上述技术方案中，所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉或糯米粉中的一种。
[0009]在上述技术方案中，所述引发剂为过硫酸铵。
[0010]在上述技术方案中，所述改性淀粉是将所述淀粉用马来酸酐酯化而得到。
[0011]本专利技术的第二方面，提供上述改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将淀粉加入于水和DMSO的混合溶液中，加热搅拌得糊化淀粉溶液；
[0013](2)糊化淀粉溶液中加入马来酸酐，加入过程中溶液体系的pH值保持在8～9，加入结束后持续搅拌30分钟，得糊状产物；
[0014](3)将步骤(2)的糊状产物，离心去除上清液，将沉淀用无水乙醇润洗得改性淀粉；
[0015](4)将改性淀粉、丙烯酸、过硫酸铵加入于水中溶解，去除溶液中氧气，烘干，得改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶。
[0016]在上述技术方案中，所述淀粉和所述马来酸酐的质量比为1：2～1：4。
[0017]在上述技术方案中，在步骤(1)中，所述水和DMSO的体积比为1：1～1：2，优选为1：1。在步骤(1)中，淀粉加入于水和DMSO的混合溶液中，搅拌溶解，并进行加热和搅拌，使淀粉糊化，加热温度优选为100℃，淀粉与混合溶液的质量比优选为1：5～15，更优选为1：10。
[0018]在上述技术方案中，在步骤(2)中，将马来酸酐用无水乙醇完全溶解后，再加入于糊化淀粉溶液中，马来酸酐通过酯化反应接枝到淀粉上，从而获得改性淀粉，酯化反应的温度为30℃～35℃，优选为35℃。以马来酸酐完全溶解为前提，可以加入适当量的无水乙醇进行溶解，优选的，马来酸酐与无水乙醇的质量比为1：5～15，优先为1：10。
[0019]在上述技术方案中，在步骤(3)中，将糊状产物以8000～9000r/min离心处理，除去上清液。
[0020]在上述技术方案中，在步骤(4)中，所述改性淀粉、丙烯酸、过硫酸铵的质量比为1：1：0.01～1：1：0.05。
[0021]在上述技术方案中，在步骤(4)中，烘干条件为60～65℃下加热1～3h。
[0022]本专利技术的第三方面，提供上述制备的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶在制备电子皮肤、应变传感器、可穿戴电子设备中的应用。即本专利技术的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶具有良好的刺激响应性，可作为水凝胶应变传感器来应用。还有，本专利技术的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶具有良好的可重复粘附性能以及良好的力学性能，在电子皮肤、可穿戴电子设备等领域都将有广泛的应用价值。
[0023]本专利技术中，将淀粉采用特定比例的水和DMSO的混合溶液中溶解，加热到100℃，从而使淀粉完全糊化；将马来酸酐溶液逐滴滴加到糊化后的淀粉中，整个过程反应体系的pH始终维持在8～9，滴加完毕后在搅拌状态下反应30min，从而制备得到马来酸酐改性淀粉。
[0024]本专利技术中，改性后的淀粉与丙烯酸在适当的温度(60～65℃)下加热(上述步骤(4))时，在引发剂过硫酸铵的作用下进行自由基聚合。这样通过共价键连接的方式相较于简单的共聚方法可以使改性淀粉与丙烯酸形成的聚合物更加稳固。水凝胶体系中丙烯酸的
羧基(
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COOH)和马来酸酐的羧基与改性淀粉分子链上的羟基(
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OH)可产生大量氢键，这些氢键使水凝胶构成了三维网络，使改性淀粉在体系中分布更加均匀。从而使水凝胶可稳定粘附在人体表面进行运动监测，并可轻松地从人体皮肤剥离而不造成任何损伤，不产生任何残留。不易受到油脂，皮毛，灰尘等污染，出现粘附性能明显的下降的情况，在与猪皮100次的重复粘附...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶，其特征在于，将淀粉进行改性处理而得到的改性淀粉和丙烯酸单体在引发剂的作用下进行自由基聚合而制备得到。2.根据权利要求1所述的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、红薯淀粉或糯米粉中的一种。3.根据权利要求1所述的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。4.根据权利要求1所述的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶，其特征在于，所述改性淀粉是将所述淀粉用马来酸酐酯化而得到。5.如权利要求1～4中任一项所述的改性淀粉
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聚丙烯酸可重复粘附导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将淀粉加入于水和DMSO的混合溶液中，加热搅拌得糊化淀粉溶液；(2)糊化淀粉溶液中加入马来酸酐，加入过程中溶液体系的pH值保持在...

【专利技术属性】
技术研发人员：费旭，田晶，李尧，周永辉，徐龙权，王一，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：