【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于改性天然多糖基水凝胶材料，具体涉及一种基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶及其制备方法。
技术介绍
1、水凝胶是一类具有三维网络分子结构的高含水软物质材料，具有柔软、保水、可拉伸、组织相似性等特点，因而被广泛应用在能源储存、电子传感器、生物医疗、软体机器人和智能家居等方面。导电性水凝胶基可穿戴应变传感器可以灵敏地把机械形变转变为易于监测的电信号并且与人体皮肤具有相似的柔韧性，满足了人们对智能材料多样化和舒适性的要求，从而吸引了越来越多的科学家关注。但是，目前导电水凝胶仍然存在对皮肤适形性差的缺陷，导致传感信号的不稳定性和不准确性。
2、为了解决此缺陷，研究人员受贻贝粘附启发，在凝胶中引入含有儿茶酚结构的化合物，如多巴胺和单宁酸等，增强凝胶与皮肤表面的共价与非共价作用力，从而达到提高水凝胶适形性的目的。但是这种方式需要较复杂的化学反应，且制备的传感器电子产品难以降解回收，造成大量电子垃圾。目前，利用天然多糖及其衍生物制备凝胶也是可行的方式，因为它们是一类具有良好的生物相容性并且可降解可再生的高分子，丰富羟基、羧基和氨基等基团不仅赋予了它们与皮肤间优良的适形性，还为设计和构建多功能性水凝胶材料提供了宽阔的空间。
3、羟丙基甲基纤维素hpmc是一类经过醚化改性的纤维素多糖，其中丰富的羟基可以为凝胶提供较好的力学性能和粘附性能。令人惊喜的是，它不同于淀粉，壳聚糖等大多数多糖，由于疏水性甲氧基的存在，还具有温敏性，适合制备多功能的水凝胶。然而，它不具有导电能力，而且被用于制备凝胶时，与凝胶基质作
4、因此，制备基于改性羟丙基甲基纤维素的具有优异力学性能、粘附性能、导电性能和温敏性能的多功能水凝胶对于可穿戴应变传感器和智能窗等领域具有重要的意义。
技术实现思路
1、针对以上现有技术的缺点和水凝胶功能单一的不足，本专利技术提供了一种基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶及其制备方法。本专利技术基于琥珀酸酐改性羟丙基甲基纤维素，与季铵盐功能化的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(hacc)形成良好的静电和氢键相互作用，并将其引入聚丙烯酰胺网络中制得具有优异力学性能、粘附性能、导电性能和温敏性能的多功能水凝胶，可用于可穿戴应变传感器和智能窗领域。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，该水凝胶是由琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(hacc)、丙烯酰胺(aam)和n,n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)在光引发剂存在下由光引发聚合得到的；所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)为使用琥珀酸酐对羟丙基甲基纤维素改性得到。
4、根据本专利技术优选的，所述丙烯酰胺(aam)、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)和羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(hacc)的质量比为100：(0.1～1.0)：(0.5～8)：(2～10)，进一步优选为100：(0.1～0.5)：(0.5～5)：(2～5)。
5、根据本专利技术优选的，所述羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的取代度为92～98％。
6、根据本专利技术优选的，所述光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(irgacure2959)，所述光引发剂与丙烯酰胺的质量比为(0.5～3)：100，进一步优选为(1～2):100。
7、根据本专利技术优选的，所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)按照下述方法制备得到：
8、将羟丙基甲基纤维素干燥后加入冰醋酸中搅拌溶解，之后加入无水醋酸钠和琥珀酸酐进行反应；将所得反应液加入去离子水中沉淀，经过滤、洗涤、烘干，得到琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)。
9、优选的，所述羟丙基甲基纤维素的2％水溶液的粘度为6～50mpa·s。
10、优选的，羟丙基甲基纤维素的干燥温度为80～90℃，干燥时间为1～2h。
11、优选的，所述羟丙基甲基纤维素的质量与冰醋酸的体积之比为1g：(3～7)ml。
12、优选的，所述搅拌溶解的温度为70～85℃，搅拌溶解的时间为1～2h。
13、优选的，所述羟丙基甲基纤维素、无水醋酸钠和琥珀酸酐的质量比为1：(0.3～0.7)：(0.2～1)。
14、优选的，所述反应的温度为70～100℃，反应的时间为3～5h。
15、优选的，所述反应液与沉淀用去离子水的体积比为1:10～20。
16、优选的，所述洗涤为使用去离子水搅拌洗涤3～7次；所述烘干的温度为50～80℃，烘干时间为5～10h。
17、根据本专利技术，上述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶的制备方法，包括步骤如下：
18、将丙烯酰胺(aam)、琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(hacc)和n,n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)加入去离子水中搅拌溶解，得到均一溶液；再加入光引发剂，在紫外光照下引发聚合，得到基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶。
19、优选的，所述去离子水的体积与丙烯酰胺的质量与之比为(4～7)ml:1g。
20、优选的，所述的搅拌溶解的温度为0～10℃，搅拌溶解时间为1～2h。
21、优选的，所述紫外光的强度为60w，所述聚合反应的时间为10～60min，更优选为20～40min。
22、本专利技术的技术特点及有益效果如下：
23、1、本专利技术多功能水凝胶中丙烯酰胺(aam)以n,n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)为交联剂聚合得到第一层共价交联网络；将温敏性的羟丙基甲基纤维素与琥珀酸酐反应引入羧基，所得琥珀酰基羟丙基甲基纤维素(hpmcs)和羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(hacc)形成丰富的静电与氢键相互作用构成第二层非共价交联网络，这两重网络之间也能形成丰富的氢键作用赋予凝胶良好的应用性能。其中丙烯酰胺aam促进了hpmcs的溶解；hpmcs和hacc赋予了多功能水凝胶优异的力学性质，粘附性，导电性和生物相容性；另外hpmcs在疏水性甲氧基的存在下，也赋予了此凝胶温敏性，使得此凝胶可以应用在可穿戴凝胶传感器和智能窗领域。
24、2、本专利技术中将温敏性的羟丙基甲基纤维素与琥珀酸酐反应引入羧基，与凝胶体系中聚丙烯酰胺链和hacc链之间形成良好的氢键和静电相互作用，制备得到具有优异力学性能、粘附性能、导电传感性和温敏性的多功能水凝胶，此水凝胶最大断裂应变和韧性分别为2600％和895kj m-3；低温时透光度能达80％以上，高温时低于5％，且相转变温度在60-16℃内可调节。
25、3、本专利技术的水凝胶制备工艺简便，易于操作，使用生物相容性良好和可降解再生的天然多糖将温敏性和导电粘附性融合在一起，克服了以往凝胶内作用单一，原材料难降解的缺点，拓本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，该水凝胶是由琥珀酰基羟丙基甲基纤维素、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺在光引发剂存在下由光引发聚合得到的；所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素为使用琥珀酸酐对羟丙基甲基纤维素改性得到。
2.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、琥珀酰基羟丙基甲基纤维素和羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的质量比为100：(0.1～1.0)：(0.5～8)：(2～10)，优选为100：(0.1～0.5)：(0.5～5)：(2～5)。
3.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的取代度为92～98％；
4.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素按照下述方法制备得到：
5.根据权利要求4所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的2％水溶液
6.根据权利要求4所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的质量与冰醋酸的体积之比为1g：(3～7)mL；所述搅拌溶解的温度为70～85℃，搅拌溶解的时间为1～2h。
7.根据权利要求4所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素、无水醋酸钠和琥珀酸酐的质量比为1：(0.3～0.7)：(0.2～1)。
8.根据权利要求4所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述反应的温度为70～100℃，反应的时间为3～5h；
9.权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶的制备方法，包括步骤如下：
10.根据权利要求9所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶的制备方法，其特征在于，所述去离子水的体积与丙烯酰胺的质量与之比为(4～7)mL:1g；所述的搅拌溶解的温度为0～10℃，搅拌溶解时间为1～2h；所述紫外光的强度为60W，所述聚合反应的时间为10～60min，优选为20～40min。
...【技术特征摘要】
1.一种基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，该水凝胶是由琥珀酰基羟丙基甲基纤维素、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、丙烯酰胺和n,n’-亚甲基双丙烯酰胺在光引发剂存在下由光引发聚合得到的；所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素为使用琥珀酸酐对羟丙基甲基纤维素改性得到。
2.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述丙烯酰胺、n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、琥珀酰基羟丙基甲基纤维素和羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的质量比为100：(0.1～1.0)：(0.5～8)：(2～10)，优选为100：(0.1～0.5)：(0.5～5)：(2～5)。
3.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的取代度为92～98％；
4.根据权利要求1所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述琥珀酰基羟丙基甲基纤维素按照下述方法制备得到：
5.根据权利要求4所述基于琥珀酰基羟丙基甲基纤维素的多功能水凝胶，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的2％水溶液的粘度为6～50mpa·s；羟...
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