本发明专利技术公开了一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶及其制备方法与应用。该导电水凝胶的制备方法包括如下步骤：(1)将针叶木纤维悬浮液、TEMPO、NaBr和NaClO混合后进行氧化反应，再利用破壁机分散处理，得到羧基化的微纤丝纤维素；(2)将羧基化的微纤丝纤维素加水稀释，并加入NaIO4进行氧化反应，再利用乳化机分散处理，得到含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液；(3)将步骤(2)中得到的悬浮液、明胶和水混合搅拌得到明胶/DATMF复合水凝胶；(4)将明胶/DATMF复合水凝胶浸渍在钠盐溶液中，得到所述的导电水凝胶。本发明专利技术中制备的水凝胶机械强度高，可用在柔性电子器件、应变传感器等方面。感器等方面。感器等方面。
【技术实现步骤摘要】
一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及导电水凝胶材料制备领域，特别涉及一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]导电水凝胶具备良好的组织相似性、耐磨性和高精度的信息采集性能，已被广泛应用于组织工程、柔性电子器件和储能材料等领域。然而，水凝胶的交联松散、含水量高且易脆等缺陷限制了其在材料领域的应用。受房屋、木材和韧带等稳定框架结构的启发，通过对水凝胶网络结构进行修饰可显著提高导电水凝胶的机械性能。基于牺牲键理论，常见的修饰策略可分为双网络结构水凝胶、滑动环水凝胶、拓扑水凝胶和纳米增强水凝胶。这类策略主要是对网络结构进行有限的修饰，很难大幅度提升水凝胶的机械强度。
[0003]利用特定的阴离子破坏蛋白质的结构，使蛋白质变性，这种现象被称为“盐析效应”或“霍夫迈斯特效应”。同时，该效应也可以破坏聚合物链与水分子之间的氢键，进而增强聚合物链之间的氢键结合强度。研究表明，利用盐析效应可以实现对水凝胶网络结构的裁剪，增强聚合物分子链之间的氢键结合强度，进而提高水凝胶的机械性能。授权号为CN 113818095 B的中国专利技术专利公开了一种基于霍夫迈斯特效应可大规模制备可降解明胶水凝胶纤维的湿法纺丝方法，该方法通过将明胶溶解于硝酸钙水溶液后所得的前体溶液挤入(NH4)2SO4水溶液中，制得抗拉强度高达1.87MPa的明胶水凝胶。申请公布号为CN 113831554A的中国专利技术专利申请中公开了一种基于霍夫迈斯特效应的蛋白质水凝胶及其制备方法，该专利技术将蛋白质水凝胶浸渍在不同盐溶液中，改善了蛋白质水凝胶“软”“脆”的问题。然而，遗憾的是，盐析效应下此类明胶或蛋白质水凝胶的机械强度与高强度水凝胶相比仍有很大差距。
[0004]石油基聚合物成为制备高强度水凝胶的热门原料。然而，其不易降解的缺陷对生态环境产生了严重的负面影响。近年来，产量充足、可降解和生物相容性优异的生物质(纤维素、明胶、淀粉和壳聚糖等)基水凝胶逐渐成为制备可降解水凝胶的热门原料；其中，以明胶为骨架结构，加填纤维素基产品制备机械性能可观的双网络结构水凝胶成为研究热门。纤维素是生物质资源中最丰富的天然聚合物，利用化学预处理结合机械法可以制得兼具羟基、羧基和醛基的微纤丝纤维素(DATMFC)，将其与金属离子以及含有氨基和羟基的明胶混合后可以得到机械性能较好的明胶/微纤丝纤维素复合水凝胶。复合水凝胶强度的提升主要通过构筑分子水平多动态相互作用(氢键、席夫碱结构和离子键)实现。然而，明胶本身复杂的分子结构限制了分子链之间的相互作用，不利于进一步提高复合水凝胶的机械强度。因此，寻找一种简单有效的方法来制造明胶/微纤丝纤维素复合水凝胶，实现其机械强度的最大化，是对于研发导电水凝胶基柔性电子器件等材料的迫切要求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供所述方法制备得到的高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供所述高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将针叶木纤维悬浮液、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物(TEMPO)、NaBr和NaClO混合后，于室温条件下进行氧化反应，并控制反应体系的pH值为10
±
0.5，待反应后加入乙醇终止反应，并用水将反应产物洗涤至中性，再利用破壁机分散处理，得到羧基化的微纤丝纤维素；
[0011](2)将步骤(1)中得到的羧基化的微纤丝纤维素加水稀释，得到羧基化的微纤丝纤维素悬浮液，然后加入NaIO4，于60
±
5℃、避光条件下进行氧化反应，待反应后加入乙二醇终止反应，离心洗涤，再利用乳化机分散处理，得到含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液；
[0012](3)将步骤(2)中得到的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液、明胶和水混合后，于45
±
5℃条件下搅拌形成明胶/DATMFC凝胶液，然后倒入模具中，于4℃条件下得到明胶/DATMF复合水凝胶；
[0013](4)将步骤(3)中得到的明胶/DATMF复合水凝胶浸渍在钠盐溶液中，得到高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶；其中，钠盐为氯化钠、柠檬酸钠、醋酸钠、硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠和硫酸氢钠中的至少一种。
[0014]步骤(1)中所述的针叶木纤维优选为漂白针叶木纤维。
[0015]步骤(1)中所述的针叶木纤维悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；优选为质量百分比1％。
[0016]步骤(1)中所述的2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物(TEMPO)的用量按每克针叶木纤维配比1.0～7.5mmol2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物计算。
[0017]步骤(1)中所述的NaBr与针叶木纤维的质量比为0.05～0.30：1。
[0018]步骤(1)中所述的NaClO的用量为按每克漂白针叶木纤维配比1.0～7.5mmol NaClO计算；优选为按每克漂白针叶木纤维配比1.0mmol NaClO计算。
[0019]步骤(1)中所述的氧化反应的时间为0.5～5.0h；优选为1.0～3.0h；更优选为1.0h。
[0020]步骤(1)中所述的pH值采用NaOH溶液进行调节；优选为采用浓度为0.5mol/L的NaOH溶液进行调节。
[0021]步骤(1)中所述的破壁机分散处理的条件为：功率800W，时间2～6min；优选为：功率800W，时间2min。
[0022]步骤(2)中所述的羧基化的微纤丝纤维素与NaIO4的质量比为1:1.0～1:1.5；优选为1:1.5。
[0023]步骤(2)中所述的羧基化的微纤丝纤维素悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；优选为质量百分比1％。
[0024]步骤(2)中所述的氧化的时间为1.0～6.0h；优选为3.0～6.0h；更优选为3.0h。
[0025]步骤(2)中所述的离心洗涤的次数为3～5次。
[0026]步骤(2)中所述的乳化机分散处理条件为：转速1000r/min，时间2～6分钟；优选为转速1000r/min，时间5分钟。
[0027]步骤(2)中所述的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；优选为质量百分比2％。
[0028]步骤(3)中所述的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液、明胶和水的重量比为5.0:(0.2～1.0):(4.0～4.8)；优选为5.0:1.0:4.0。
[0029]步骤(3)中所述的搅拌的时间为1.0～3.0h；优选为1.本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将针叶木纤维悬浮液、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物、NaBr和NaClO混合后，于室温条件下进行氧化反应，并控制反应体系的pH值为10
±
0.5，待反应后加入乙醇终止反应，并用水将反应产物洗涤至中性，再利用破壁机分散处理，得到羧基化的微纤丝纤维素；(2)将步骤(1)中得到的羧基化的微纤丝纤维素加水稀释，得到羧基化的微纤丝纤维素悬浮液，然后加入NaIO4，于60
±
5℃、避光条件下进行氧化反应，待反应后加入乙二醇终止反应，离心洗涤，再利用乳化机分散处理，得到含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液；(3)将步骤(2)中得到的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液、明胶和水混合后，于45
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5℃条件下搅拌形成明胶/DATMFC凝胶液，然后倒入模具中，于4℃条件下得到明胶/DATMF复合水凝胶；(4)将步骤(3)中得到的明胶/DATMF复合水凝胶浸渍在钠盐溶液中，得到高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶；其中，钠盐为氯化钠、柠檬酸钠、醋酸钠、硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠和硫酸氢钠中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的钠盐溶液的浓度为1.0～3.0mol/L；步骤(4)中所述的浸渍的时间为1～144h。3.根据权利要求1所述的高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的针叶木纤维悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；步骤(2)中所述的羧基化的微纤丝纤维素悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；步骤(2)中所述的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液的浓度为质量百分比1～2％；步骤(3)中所述的含有羧基和醛基的微纤丝纤维素悬浮液、明胶和水的重量比为5.0:0.2～1.0:4.0～4.8。4.根据权利要求1所述的高强度可降解的明胶/微纤丝纤维素导电水凝胶的制备方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，付浩成，李金鹏，徐峻，曾劲松，高文花，陈克复，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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