一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法及应用。首先配制低共熔溶剂：将1

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于化学材料
，涉及一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于柔性和可穿戴电子设备在人体运动监测、健康监测等领域具有广阔的应用前景，高灵敏度应变传感器的研究受到了广泛关注。人们对安全、灵敏度高、生物相容、易于制造的柔性传感器的需求日益增长。然而，传统的凝胶聚合物由石油基高分子聚合物和高挥发性、易燃有机溶剂构成，稳定性差、成本高、可降解性差、不耐极端环境。此外，大多数传统的凝胶聚合物本身并不具备粘附能力，作为传感器时需要外力辅助才能附着在人体皮肤上，导致无法准确的监测人体运动信号。因此，人们越来越重视以天然高分子化合物和安全、绿色的有机溶剂为原料，采用绿色化学技术，制备具有生物相容性、耐极端环境、可自修复、可自粘附的凝胶聚合物(Adv. Electron Mater 2019,5,1800411; Chem.Eng.J 2019,358,1047
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1053)。例如，Shan
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hui Hsu等人以合成的多醛基官能化纤维素纳米纤维作为交联剂，以壳聚糖为原料制备了复合自修复水凝胶和形状记忆冻胶(Appl.Mater.Interfaces 2022,14,32,36353
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36365)；王子豪等人设计了一种新型的基于纤维素和壳聚糖的化学交联离子凝胶用作超级电容器装置的柔性凝胶聚合物电解质(Cellulose 2020,27,5121
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5133)。
[0003]壳聚糖是一种天然的高分子化合物，在大自然中含量仅次于纤维素，具有良好的抗氧化、生物相容性和生物降解性等多种生物特性。壳聚糖等天然高分子不但廉价易得，而且具有生物降解能力等优异特性而得到广泛关注。此外，壳聚糖表面含有大量的氨基和羟基，这使得它很容易形成动态共价键和非共价键，为制备自修复性能良好的离子凝胶提供了基础。
[0004]原儿茶醛是一种天然存在的酚醛，可以通过席夫碱键和邻苯二酚
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金属离子配位化学等可逆共价键的形成来赋予离子凝胶自修复性能，通过动态键交联的凝胶往往表现出良好的自主愈合能力。原儿茶醛上的醛基与壳聚糖上的氨基结合形成动态席夫碱键，邻苯二酚羟基与Fe
3+ 络合改善了凝胶的机械性能，邻苯二酚羟基赋予了凝胶优异的粘附性能，为其应用于可穿戴柔性传感器提供了可能。
[0005]离子液体是由正负离子组成，室温下呈为液态的一系列有机盐。离子液体不仅具有良好溶解性、无污染，并且具有高电导率、不挥发、难燃、电化学窗口宽等优点。但咪唑类的离子液体粘度大，熔点较高，很多咪唑型离子液体在室温下为固态。低共熔溶剂一般由氢键受体和氢键给体组合而成，它们之间能够通过氢键相互结合，形成共晶混合物，且熔点比每个组分的熔点都低。低共熔溶剂的很多性质都与传统的离子液体相似，但低共熔溶剂成本更低、制作过程简单、熔点低等特点。近年来，人们主要研究氯化胆碱型低共熔溶剂，然而由于大部分氯化胆碱型低共熔溶剂的熔点较高，电导率较低，限制了它在很多领域中的应
用。与氯化胆碱型低共熔溶剂相比，咪唑型低共熔溶剂具有电导率高、粘度低、熔点低等特点。尿素与离子液体混合后，二者之间形成氢键，降低熔点的同时也降低了离子液体的粘度，为生物质材料的高效利用提供了广阔的应用前景(J MOL LIQ 2020,317,113918)。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法。该专利技术采用“一锅法”制备出的离子凝胶具有良好的导电性、自修复性、抗冻性以及粘附性。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供上述基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶柔性应变传感器。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供上述基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的柔性应变传感器在人体运动监测中的应用。所述人体运动信号的监测包括手指、手腕、手肘关节弯曲、膝关节弯曲等运动以及面部微表情变化，如眨眼、微笑、皱眉等，但不限于上述监测特征内容。
[0009]具体步骤如下：步骤1：制备低共熔溶剂：将离子液体与尿素按一定的比例混合，加热搅拌至澄清透明，冷却至室温备用；步骤2：将壳聚糖加入到步骤1中的低共熔溶剂中，搅拌均匀后放置在室温下溶胀1h；步骤3：在步骤二的基础上加入原儿茶醛和无水三氯化铁，在高温条件下搅拌混合，充分反应。反应结束后，逐渐冷却至室温，并静置一段时间后得到基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶。
[0010]作为优选，权利要求1步骤1中，低共熔溶剂的咪唑型离子液体为1
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烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐，1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐与尿素的比例为4:1（n:n）。
[0011]作为优选，步骤1中，低共熔溶剂的加热温度为90℃。时间为2h。
[0012]作为优选，步骤2中，壳聚糖的质量分数为15%。
[0013]作为优选，步骤2中，溶胀时间为1h。
[0014]作为优选，步骤3中，原儿茶醛与无水三氯化铁的摩尔比为1.5:0.5。
[0015]作为优选，步骤3中，高温条件温度为90℃，反应时间为1h。
[0016]作为优选，步骤3中，静置时间为24h。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：其一，本专利技术选择1
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烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐与尿素混合制备低共熔溶剂，低共熔溶剂中尿素与壳聚糖之间形成的氢键有利于壳聚糖的溶解。
[0018]其二，本专利技术制备出的离子凝胶具有良好的抗冻性，在
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20℃的环境中仍能保持导电性能以及传感性能。
[0019]其三，本专利技术制备出的离子凝胶具有良好的导电性，室温下电导率可达0.17S/m。
[0020]其四，本专利技术制备出的离子凝胶具有良好的自修复性，切断之后的离子凝胶在1小时内能够自修复到原始的状态。
[0021]其五，本专利技术提供的基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶柔性应变传
感器在人体运动监测中表现出较高的灵敏度，在柔性可穿戴电子领域中显示出巨大的潜力。
附图说明
[0022]图1：为本专利技术实施例1所制备的离子凝胶各种形状图。
[0023]图2：为本专利技术实施例1所制备的离子凝胶、低共熔溶剂、壳聚糖、原儿茶醛的傅里叶变换红外光谱图(FT
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IR)。
[0024]图3：为本专利技术实施例1所制备的离子凝胶对不同材料的粘附性能图。
[0025]图4：为不同1
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烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐/尿素比例的离子凝胶电导率图。
[0026]图5：为本专利技术实施例1所制备的离子凝胶应变传感器在拉伸应变为0%～150%时的实时电阻变化率图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：制备低共熔溶剂：将离子液体与尿素按一定的比例混合，加热搅拌至澄清透明，冷却至室温备用；步骤2：将壳聚糖加入到步骤1中的低共熔溶剂中，搅拌均匀后放置在室温下溶胀1h；步骤3：在步骤2的基础上加入原儿茶醛和无水三氯化铁，在高温条件下搅拌混合，充分反应，反应结束后，逐渐冷却至室温，并静置一段时间后得到基于动态席夫碱键的原儿茶醛/壳聚糖离子凝胶。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：步骤1所述的离子液体为咪唑型离子液体，包括：1
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烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐（AmimCl）、1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐（BmimCl）、1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐（EmimCl）。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：步骤1所述低共熔溶剂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，李金灿，李楠，孙雯卿，邱迎轩，邱丽媛，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：