一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用，将含有双硫键的有机化合物分子接枝在淀粉分子链上，以银纳米线作为导电纳米材料，通过双硫键与银纳米线之间结合形成S

【技术实现步骤摘要】
一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于多功能型水凝胶材料的制备
，具体涉及一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，人工智能和柔性电子的发展推动了柔性传感器需求的快速增长，尤其是各类应用场景对传感器精准监测人体周围环境变化的需求越来越高，因此需要构建同时具备双重甚至多重刺激响应性的导电水凝胶。天然高分子材料（如淀粉、纤维素等）具有来源广泛、生物相容性好和可降解等优点，受到了人们的广泛关注，但基于天然高分子材料制备的水凝胶在发生较大形变时易破裂，使用寿命短、对外界刺激不敏感，检测范围有限且导电纳米材料在基体中难以均匀分散等问题限制了其使用范围。
[0003]因此，开发具有良好导电性、功能性和力学性能的复合水凝胶材料受到了广泛关注。公开号为CN114456405A的专利技术公开了一种适用于摩擦纳米发电机的淀粉基导电水凝胶的制备方法，用于纳米新能源领域；公告号为CN112066866B的专利技术公开了一种超快自愈的淀粉基水凝胶应变传感器及其制备方法，该淀粉基水凝胶应变传感器在柔性电子领域具有潜在的应用前景，但仍存在导电纳米难以均匀分散，从而影响导电水凝胶的力学性能和导电性能的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供了一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用，本专利技术针对淀粉分子链与导电纳米材料结合性能差、拉伸时易破裂且不具有智能性等缺点，使用双硫键改性淀粉分子链，以银纳米线和羧甲基纤维素钠修饰的聚吡咯作为导电纳米材料，和聚乙烯醇、N
‑
异丙基丙烯酰胺通过一锅法制备改性淀粉基水凝胶传感器。本专利技术制备的改性淀粉基水凝胶材料的拉伸性和导电性良好，且具有温度敏感性、自愈性和可回收性，能够用于制备柔性传感器。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1，将羧甲基纤维素钠于室温均匀分散在水中，再加入吡咯单体，于0℃搅拌分散均匀得到物料A；步骤S2，将马铃薯淀粉于100~150℃均匀分散在N,N
‑
二甲基乙酰胺中，待温度冷却至80~100℃，加入氯化锂搅拌得到物料B；步骤S3：将N,N
‑
羰基二咪唑与3
‑
(2
‑
吡啶二硫代)丙酸加入N,N
‑
二甲基乙酰胺中搅拌混合均匀得到物料C；步骤S4：将物料C加入到物料B中并于室温搅拌12~24h，通过乙醇/水溶液离心洗涤得到物料D；步骤S5：将物料A、物料D、N
‑
异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇溶液和银纳米线溶液于0~
100℃搅拌1~3h得到物料E；步骤S6：将交联剂四硼酸钠和引发剂过硫酸钾于90
‑
100℃加入到物料E中并搅拌1~3h得到物料F；步骤S7：将物料F置于玻璃模具中，冷却至室温，再于
‑
24~0℃冷冻1~3h，最终得到目标产物温度敏感、可自愈、可回收的改性淀粉基水凝胶材料。
[0006]进一步优选，步骤S1中所述羧甲基纤维素钠的粘度为1000~1400mpa
·
s，羧甲基纤维素钠分散在水中浓度为0.005~0.010g/mL，吡咯单体分散在水中的浓度为0.005~0.015g/mL。
[0007]进一步优选，步骤S2中所述马铃薯淀粉和氯化锂的投料质量比为5:2。
[0008]进一步优选，步骤S3中所述N,N
‑
羰基二咪唑与3
‑
(2
‑
吡啶二硫代)丙酸的投料质量比为5:7。
[0009]进一步优选，步骤S4中所述乙醇/水溶液中乙醇与水的体积比为1:1。
[0010]进一步优选，步骤S5中所述物料A、物料D、N
‑
异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇溶液和银纳米线溶液的投料配比为5mL:0.1g:0.8g:10mL:1~2mL，聚乙烯醇溶液的浓度为0.05~0.15g/mL，银纳米线溶液的浓度为0.0015~0.0030g/mL。
[0011]进一步优选，步骤S6中所述交联剂四硼酸钠的浓度为0.02~0.08g/mL，引发剂过硫酸钾的浓度为0.001~0.006g/mL。
[0012]进一步优选，本专利技术所述多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将粘度为1000~1400mpa
·
s羧甲基纤维素钠于室温均匀分散在水中，再加入吡咯单体，其中羧甲基纤维素钠的浓度为0.010g/mL，吡咯单体的浓度为0.015g/mL，于0℃搅拌12h分散均匀得到物料A；步骤S2：将0.5g马铃薯淀粉于135℃均匀分散在10mL N,N
‑
二甲基乙酰胺中，待温度冷却至100℃，加入0.2g氯化锂搅拌30min得到物料B；步骤S3：将1.0g N,N
‑
羰基二咪唑与1.4g 3
‑
(2
‑
吡啶二硫代)丙酸加入1mL N,N
‑
二甲基乙酰胺中搅拌混合均匀得到物料C；步骤S4：将物料C加入到物料B中于室温搅拌24h，通过体积比为1:1的乙醇/水溶液离心洗涤得到物料D；步骤S5：将5mL物料A、0.1g物料D、0.8g N
‑
异丙基丙烯酰胺、10mL聚乙烯醇溶液和1.5mL银纳米线溶液于95℃搅拌1h得到物料E；步骤S6：将交联剂四硼酸钠和引发剂过硫酸钾于95℃加入物料E中搅拌2h得到物料F，其中四硼酸钠的浓度为0.04g/mL，过硫酸钾的浓度为0.002g/mL；步骤S7：将物料F置于玻璃模具中，冷却至室温，再于
‑
24℃冷冻3h，最终得到目标产物温度敏感、可自愈、可回收的改性淀粉基水凝胶材料。
[0013]本专利技术所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料在制备柔性传感器中的应用。
[0014]本专利技术中双硫键（S
‑
S）可以和具有高活性的Ag原子（或Au、Cu等金属原子）之间相互作用生成S
‑
Ag键，将S
‑
S键接枝到淀粉分子上，可以有效增强其与银纳米线之间的结合度，进而改善银纳米线在淀粉基水凝胶中难以均匀分散的问题。此外，利用将结构上与淀粉具有一定相似性的高分子材料聚乙烯醇（PVA）引入到体系中与淀粉共混可以极大提升淀粉
基凝胶的断裂伸长率和抗拉强度。PVA和交联剂硼砂之间形成的动态硼酸酯键可以在凝胶材料受到外界损伤时进行自修复，恢复凝胶材料的初始性能，提高性价比。同时结合使用广泛的刺激响应性功能材料N
‑
异丙基丙烯酰胺，可以使凝胶材料迅速响应周围环境的温度变化，为材料带来一定的温度敏感性，制备出对温度和应变两种刺激作用响应的智能水凝胶材料，极大的扩大了水凝胶材料的应用范围。本专利技术利用动态氢键、动态双硫键和动态硼酸酯键的可循环性，开发了一种具有可循环使用、可动态回收性能及可自愈的改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1，将羧甲基纤维素钠于室温均匀分散在水中，再加入吡咯单体，于0℃搅拌分散均匀得到物料A；步骤S2，将马铃薯淀粉于100~150℃均匀分散在N,N
‑
二甲基乙酰胺中，待温度冷却至80~100℃，加入氯化锂搅拌得到物料B；步骤S3：将N,N
‑
羰基二咪唑与3
‑
(2
‑
吡啶二硫代)丙酸加入N,N
‑
二甲基乙酰胺中搅拌混合均匀得到物料C；步骤S4：将物料C加入到物料B中并于室温搅拌12~24h，通过乙醇/水溶液离心洗涤得到物料D；步骤S5：将物料A、物料D、N
‑
异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇溶液和银纳米线溶液于0~100℃搅拌1~3h得到物料E；步骤S6：将交联剂四硼酸钠和引发剂过硫酸钾于90
‑
100℃加入到物料E中并搅拌1~3h得到物料F；步骤S7：将物料F置于玻璃模具中，冷却至室温，再于
‑
24~0℃冷冻1~3h，最终得到目标产物温度敏感、可自愈、可回收的改性淀粉基水凝胶材料。2.根据权利要求1所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述羧甲基纤维素钠的粘度为1000~1400mpa
·
s，羧甲基纤维素钠分散在水中浓度为0.005~0.010g/mL，吡咯单体分散在水中的浓度为0.005~0.015g/mL。3.根据权利要求1所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述马铃薯淀粉和氯化锂的投料质量比为5:2。4.根据权利要求1所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述N,N
‑
羰基二咪唑与3
‑
(2
‑
吡啶二硫代)丙酸的投料质量比为5:7。5.根据权利要求1所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述乙醇/水溶液中乙醇与水的体积比为1:1。6.根据权利要求1所述的多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高书燕，栾自昊，康萌萌，李家栋，杨天芳，王晨凯，石昕，尚子晴，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：