【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能复合材料制备的，具体涉及一种功能性粒子负载的皮芯结构的且具备水硬性的有机-无机复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、功能性粒子的研究背景主要来源于对于特定功能材料的需求和对纳米尺度材料特性的探索。研究者通过控制粒子的物理、化学和结构特征，发展新的粒子材料，并应用于多个领域，以满足各种应用需求。例如磁性粒子可以响应外部磁场并表现出磁性行为，例如铁磁、顺磁或超顺磁性。这种特性使得磁性粒子在生物医学领域中具有广泛应用，例如磁性共振成像(mri)对比剂、磁性靶向药物传递、磁性分离和生物传感等。金属纳米粒子的尺寸在纳米尺度，并且具有特定的光学、磁学或化学性质。例如，金纳米粒子表现出表面等离子共振吸收，可以用于光学传感、催化剂和生物成像等应用。铁氧体纳米粒子具有磁性，在医学上用于磁性共振成像、癌症治疗和磁性靶向递送等。功能性粒子的应用非常广泛，涉及医学、能源、环境、电子等多个领域。通过精确控制粒子的大小、形状、组成和表面性质，可以实现精细调控其功能，为各种应用提供定制化的解决方案。
2、硅酸盐水泥为许多建筑物及建造物、初始混凝土及钢筋补强的混凝土等产品之基础原料，为典型的高强度无机材料。目前，经过多次改良的水泥被广泛应用于建筑及其相关领域。然而值得注意的是，在水泥基材料发展的过程重，对于其硬化过程中材料的可塑形性是被忽略掉的，超高强水泥材料的延伸率、韧性(假韧性)、抗折和抗拉较差，这也限制了水泥在要求局部细节的建筑、艺术品等领域上的应用。
3、目前，研究者逐步使用纤维素纤维取代一些补强用的石棉纤
4、本案的研究人员在此前已提出了一些技术来解决上述问题，如专利文献1，该技术能够基于有机高分子和无机物颗粒制备得到具备水硬性的有机无机复合材料，该复合材料中，有机物和无机物均为各自互相联通的网络结构，且具有短时遇水软化，长时遇水硬化的特点。但是该技术依旧存在一定缺陷，如获得的干态纤维力学性能、延伸性能较差，应用过程中该复合材料极易被损坏，且该技术所制得复合材料功能性较为单调，无法支持该复合材料的具体应用。
5、专利文献1：公开号cn113831067a。
6、针对该问题，本案的研究人员提出了进一步的改进方案。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法及应用。该材料皮层为加入功能性粒子的亲水有机物，芯层为亲水有机物与遇水硬化无机物的共混物；或皮层为亲水有机物与遇水硬化无机物的共混物，芯层为加入功能性粒子的亲水有机物。
2、本专利技术制备的加入功能性粒子的具备皮芯结构的水硬性有机-无机复合材料相对于现有技术能够在原复合材料的基础上为其增强力学性能(断裂强度)、延伸性(断裂伸长率)，同时赋予复合材料以独特的物理、化学或生物学特性，扩展其功能性应用领域。功能性粒子的加入可以调控有机高分子溶液的结构，影响聚合物链的构象和组织状态；同时，功能性粒子与高分子链的相互作用可改变高分子的链末端或侧基的自由度和取向，导致有机高分子溶液中聚合物的空间排列和微相结构的变化。
3、该材料具有明显的性能超叠加效应使亲水有机物的增强作用充分发挥，在一定程度上提高了延伸率和韧性(假韧性)，抗折、抗拉等性能提高。功能性粒子作为载体可以在有机高分子溶液中传递其特定的物理、化学或生物功能。例如，磁性粒子可以在高分子溶液中传递磁性响应，荧光粒子可实现荧光信号传递，纳米催化剂可在有机高分子溶液中催化特定反应。
4、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：
5、1)将有机高分子材料溶解在非水性溶剂中，得到有机高分子溶液，所述有机高分子溶液中有机高分子的含量为0.5-2wt％；
6、2)将功能性粒子分散至部分所述步骤1)得到的有机高分子溶液中，得到具有功能性粒子的有机高分子溶液，该溶液中有机高分子与功能性粒子的质量比为1:1-100；
7、3)将无机物颗粒分散至部分所述步骤1)得到的有机高分子溶液中，得到共混溶液，所述共混溶液中有机高分子与无机物颗粒的质量比为1:1-100；
8、4)将步骤2)得到的具有功能性粒子的有机高分子溶液作为皮层溶液或芯层溶液，将所述步骤3)得到的共混溶液作为对应的芯层溶液或皮层溶液，将皮层溶液和芯层溶液通过同轴纺丝技术得到具有皮层和芯层的两相流；
9、5)将所述步骤4)得到的所述两相流在非水性凝固浴中同时再生，得到具有皮芯结构的凝胶；
10、6)将所述步骤5)得到的凝胶烘干，得到功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料。
11、作为本专利技术的进一步改进，在步骤1)中，所述有机高分子为含有亲水基团的有机高分子。
12、作为本专利技术的进一步改进，所述含有亲水基团的有机高分子为多糖类有机高分子或多肽类有机高分子。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述含有亲水基团的有机高分子为纤维素、甲壳素、壳聚糖、琼脂、海藻酸、透明质酸、明胶、卡拉胶、瓜尔豆胶中的一种或多种。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述纤维素的非水性溶剂为licl/dmac；所述甲壳素或蚕丝的非水性溶剂为cacl2/甲醇、cacl2/乙醇、cacl2/甲酸。
15、作为本专利技术的进一步改进，在步骤2)中，所述功能性粒子为含有fe3+、li+、ca2+、k+、na+等具有功能性的金属化合物。
16、作为本专利技术的进一步改进，在步骤3)中，所述无机物颗粒为遇水硬化的无机物颗粒或粉末。
17、作为本专利技术的进一步改进，所述非水性凝固浴为甲醇、乙醇、丙醇、dmac、dmf、丙酮、二氯甲烷中的一种或多种。
18、作为本专利技术的进一步改进，在步骤6)中，所述皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的形态包括但不限于为丝状、膜状、块状、环状或管状。
19、同时，本专利技术还涉及一种采用上述制备方法制备的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的应用，功能性粒子作为载体在有机高分子溶液中传递其特定的物理、化学或生物功能；当功能性粒子为磁性粒子时，可在高分子溶液中传递磁性响应，当功能性粒子为荧光粒子，可实现荧光信号传递；当功能性粒子为纳米催化剂，可在有机高分子溶液中催化特定反应。
20、本专利技术的有益效果是：
21、1.本专利技术的制备方法在具有功能性粒子的有机高分子溶液中，有机高分子网络形成；在共混溶液中，水硬性无机物颗粒被包裹在有机高分子网络中。烘干过程中，挥发性凝固浴有机物逐渐挥发，有机高分子层分布许多功能性粒子，并逐渐向共混溶液层扩散，并且有机高分子链间、有机高分子与无本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述有机高分子为含有亲水基团的有机高分子。
3.根据权利要求2所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述含有亲水基团的有机高分子为多糖类有机高分子或多肽类有机高分子。
4.根据权利要求3所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述含有亲水基团的有机高分子为纤维素、甲壳素、壳聚糖、琼脂、海藻酸、透明质酸、明胶、卡拉胶、瓜尔豆胶中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维素的非水性溶剂为LiCl/DMAc；所述甲壳素或蚕丝的非水性溶剂为CaCl2/甲醇、CaCl2/乙醇、CaCl2/甲酸。
6.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制
7.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述无机物颗粒为遇水硬化的无机物颗粒或粉末。
8.根据权利要求7所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述遇水硬化的无机物颗粒或粉末为水泥、水泥熟料、粘土或石膏中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，所述功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的形态包括但不限于为丝状、膜状、块状、环状或管状。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的应用，其特征在于，功能性粒子作为载体在有机高分子溶液中传递其特定的物理、化学或生物功能；当功能性粒子为磁性粒子时，可在高分子溶液中传递磁性响应，当功能性粒子为荧光粒子，可实现荧光信号传递；当功能性粒子为纳米催化剂，可在有机高分子溶液中催化特定反应。
...【技术特征摘要】
1.一种功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述有机高分子为含有亲水基团的有机高分子。
3.根据权利要求2所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述含有亲水基团的有机高分子为多糖类有机高分子或多肽类有机高分子。
4.根据权利要求3所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述含有亲水基团的有机高分子为纤维素、甲壳素、壳聚糖、琼脂、海藻酸、透明质酸、明胶、卡拉胶、瓜尔豆胶中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维素的非水性溶剂为licl/dmac；所述甲壳素或蚕丝的非水性溶剂为cacl2/甲醇、cacl2/乙醇、cacl2/甲酸。
6.根据权利要求1所述的功能性粒子负载的皮芯结构水硬性有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱坤坤，袁晶晶，梁耀庭，白姝昱，李祖欢，魏永昕，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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