System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法和用途技术_技高网

一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法和用途技术

技术编号:40112817 阅读:6 留言:0更新日期:2024-01-23 19:26
本发明专利技术公开了一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法和用途,本发明专利技术利用盐析效应和离子配位协同作用制备了高压缩强度纤维素水凝胶,并可引入纳米银(AgNW)可使其具有传感性能。本发明专利技术制备的纤维素水凝胶在不同的溶液中表现出抗溶胀性,并且在土壤中可较快降解,同时具有优异的压缩强度;在引入AgNW后,纤维素水凝胶被组装成可用于人体运动监测的应变传感器;原料来源广泛、可再生,制备方法简单、易推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压缩强度、抗溶胀、可降解的纤维素水凝胶的制备方法和用途,属于纤维素水凝胶材料。


技术介绍

1、水凝胶是一种具有三维交联网状结构的高分子软材料。因为具有丰富的羟基,以及含水量高、柔软等优点,可作为功能软材料的载体或骨架而备受关注。然而,水凝胶在使用过程中容易产生内外部的损伤,降低了材料的稳定性,缩短了材料的生命周期,并且缺少能量耗散机制,存在力学性能差的问题,这使其在实际应用过程中容易发生破损或断裂,限制了其实际应用和功能开发。

2、近年来,为了改善水凝胶的力学性能,国内外学者进行了大量的研究,开发出了一系列新型兼具高强度与高韧性的水凝胶体系。其中利用盐析效应来提高聚乙烯醇壳聚糖和明胶等高分子水凝胶的力学性能是一种简单高效的制备手段,但依赖于石化原料,制备所需原材料多、过程复杂、成本高,且存在压缩强度低、溶胀性差等缺陷,严重阻碍了它们的实际应用,难以推广。

3、纤维素具有天然绿色、来源广、成本低、可再生、无毒性等特点。迄今为止,还没有使用天然纤维素盐析法制备高压缩强度水凝胶的报道。


技术实现思路

1、本专利技术提供一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法和用途,本专利技术所制得的纤维素水凝胶具有优异的力学性能。其中,硫酸铝处理过的纤维素水凝胶拉伸和压缩应力分别达到1.84mpa和16.99mpa,并且能够在土壤中较快降解;在不同ph溶液和溶剂中,水凝胶表现出优异的抗溶胀性能;加入agnw后可作为传感器可以检测人体皮肤的微小形变。

<p>2、为解决上述技术问题,本专利技术所采用的技术方案如下:

3、一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法,包括如下步骤:

4、a、将纤维素加入氢氧化锂/尿素/水的纤维素溶解体系中反应,得到透明的纤维素溶液;

5、b、将纤维素溶液装入聚四氟乙烯模具,并浸泡于盐溶液中,得到纤维素水凝胶。

6、本申请通过盐析和离子配位的协同效应,提供了一种简单、可扩展的制备方法,该方法以丰富、环保的纤维素为原料,可以扩大水凝胶的适用性和功能性,且得到的。

7、纤维素基水凝胶作为功能材料,在电传感器和组织工程等重要应用中需要承受一定的应力,现有水凝胶的压缩强度有限,导致其使用受限,本申请通过简单的方法,得到了超高压缩强度的纤维素基水凝胶,不易损伤,稳定性好,生命周期长,且抗溶胀性优异,原料来源广泛,操作简单,适于推广。

8、作为另一种实现方案,一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法,包括如下步骤:

9、a、将纤维素加入氢氧化锂/尿素/水的纤维素溶解体系中反应,得到透明的纤维素溶液,然后加入纳米银(agnw)水溶液,并搅拌均匀,得混合液;

10、b、将混合液装入聚四氟乙烯模具,并浸泡于盐溶液中,得到纤维素水凝胶。

11、上述步骤a中的纤维素的制备为:由原生木浆经粉碎机打碎形成的纤维素,并在70±5℃真空干燥4±1h,制得。可直接购买现有市售纤维素。

12、上述原生木浆包括棉花精制浆、针叶木浆和阔叶木浆等,其中针叶木浆包括马尾松木浆和云杉木浆等,阔叶木浆包括桉木浆和桦木浆等。

13、上述步骤a中,纳米银水溶液的浓度为3~6mg/ml,优选为5mg/ml;纳米银水溶液:纤维素的质量比为:(0.02~0.12):1。

14、纳米银水溶液中纳米银的直径和长度分别约为30nm和20μm。

15、上述步骤a中,纤维素溶解体系中,氢氧化锂:尿素:水的质量比为:(4~4.5):(12~15):(80~83.8)。

16、为了兼顾压缩强度和制备成本,步骤a中,纤维素相对于纤维素溶解体系的质量用量为3~5wt%;反应温度为-10~-20℃,反应时间为5~30min。

17、上述步骤b中,盐溶液所用盐为金属离子或铵根离子nh4+与酸根离子结合的化合物。优选,盐溶液所用盐为硫酸铝、硫酸钠、硫酸锌、氯化钠或硫酸镁。最优选,盐溶液所用盐为硫酸铝。柠檬酸铝的室温溶解度较低,经实验,硫酸铝的浸泡效果明显优于柠檬酸铝的浸泡效果。

18、上述步骤b中,盐溶液的浓度为0.5~2m(m表示mol/l),盐溶液浸泡温度为室温,浸泡时间为24~48h。

19、上述制备方法制得的纤维素水凝胶可用作柔性传感器、可穿戴设备和智能纺织品的载体或骨架。

20、上述制备方法制得的纤维素水凝胶可用于制备柔性应变传感器,用于结构健康监测和预警、医疗诊断和康复。

21、本专利技术未提及的技术均参照现有技术。

22、本专利技术技术方案,具有如下优点:

23、1)本专利技术利用盐析效应制备纤维素水凝胶,原料采用来源广泛、可再生的生物质材料,制备方法简单,所得水凝胶的性能优异。

24、2)本专利技术制备的纤维素水凝胶具有显著的压缩强度,不易破损或断裂,稳定性好,生命周期长。

25、3)本专利技术制备的纤维素水凝胶在不同ph溶液和溶剂中,具有良好的抗溶胀性能。

26、4)本专利技术制备的纤维素水凝胶可在土壤中降解。

27、5)本专利技术制备的纤维素水凝胶可作为应变传感器,检测人体皮肤的微小形变。

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【技术保护点】

1.一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤A中,纳米银水溶液的浓度为3~6mg/mL,纳米银水溶液与纤维素的质量比为:(0.02~0.12):1。

4.如权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤A中,纤维素溶解体系中,氢氧化锂:尿素:水的质量比为:(4~4.5):(12~15):(80~83.8)。

5.如权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤A中,纤维素相对于纤维素溶解体系的质量用量为3~5wt%;反应温度为-10~-20℃,反应时间为5~30min。

6.如权利要求1-3任意一项所述的纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤B中,盐溶液所用盐为金属离子或铵根离子NH4+与酸根离子结合的化合物。

7.如权利要求6所述的纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于:盐溶液所用盐为硫酸铝、硫酸钠、硫酸锌、氯化钠或硫酸镁。

8.如权利要求7所述的纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于:盐溶液所用盐为硫酸铝。

9.如权利要求1-3任意一项所述的纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤B中,盐溶液的浓度为0.5~2M,盐溶液浸泡温度为室温,浸泡时间为24~48h。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得的纤维素水凝胶的用途,其特征在于:用于柔性传感器、可穿戴设备和智能纺织品的载体或骨架。

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【技术特征摘要】

1.一种高压缩强度抗溶胀纤维素水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:步骤a中,纳米银水溶液的浓度为3~6mg/ml,纳米银水溶液与纤维素的质量比为:(0.02~0.12):1。

4.如权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤a中,纤维素溶解体系中,氢氧化锂:尿素:水的质量比为:(4~4.5):(12~15):(80~83.8)。

5.如权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于:步骤a中,纤维素相对于纤维素溶解体系的质量用量为3~5wt%;反应温度为-10~-20℃,反应时间为5~30min。

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【专利技术属性】
技术研发人员:张海波冯雪贞田亚兵王超商士斌
申请(专利权)人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所
类型:发明
国别省市:

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