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Abstract

本发明通过纤维素衍生物水液制备、功能性基液制备、水凝胶制备等三环节，利用甲基纤维素与羟乙基纤维素等纤维素衍生物水液与胶质二氧化硅在酸性的应激环境下可以迅速形成自组装效应，通过引入更为环保的植物酸剂木醋液构建必要的酸性环境，并在制备过程中引入茶多酚功能活性成分，仅通过简单的环保的原料即可快速制备水凝胶，避免了大量合成化学原料及部分高毒化学品的使用。

Description

一种水凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶的制备方法，具体涉及不使用化学合成原料、且可快速制备的水凝胶的制备方法。
背景技术
水凝胶是近年在各行各业获得大量应用的一类功能性高分子材料，由于其特定的内部结构，具备了保水、增稠等功能特性。水凝胶的获取与制备，从材料源头来看，主要分为两大类：其一是基于石油来源的合成型水凝胶，如聚丙烯酸及其酯系列水凝胶、聚乙烯醇系列水凝胶等；此类水凝胶的特点是结构、性能特征可控可调，且已成功地实现工业化。但限于其来源单体多是从石油中提炼、转化而来，不但消耗了大量的不可再生的石油资源，且其制备过程涉及各类化学反应及化学品的大量使用、后续处理环节繁琐复杂，整个制程的绿色性、环保性较差，同时其产品水凝胶多是不易自发降解的聚合物，因其使用量巨大废弃后将对环境产生极大的危害。另一类则是以天然高分子为主体或起始材料的非合成型水凝胶，如属于多糖类的淀粉基水凝胶、纤维素基水凝胶等。目前这类水凝胶的制造在起始制备材料上基本环保可降解、且原料来源也较为广泛、可再生等，但要制备性能合适的水凝胶（如合适的加压保水性、耐介质吸水性、环境刺激响应性等），仍然需要通过后续的化学手段，进行相应的改性、接枝等化学反应（如淀粉衍生物类水凝胶、改性纤维素基水凝胶等），其制备过程不可避免用到大量的化学物质及特定的环境制备条件，整个制造过程的绿色性有待进一步改善。
因此，实现水凝胶制备过程的简单性、环保性，甚至水凝胶制备过程少涉及、或不涉及化学品的大量使用，仍然是一个重要的发展与研究方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种制备过程基本不使用大量化学品、且可实现快速制备水凝胶的制作方法，实现了水凝胶制备过程的绿色性、环保性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种水凝胶的制备方法，其依序包含纤维素衍生物水液制备、功能性基液制备及水凝胶制备；
其中纤维素衍生物水液制备：
量取蒸馏水，置于35-95℃水浴、搅拌条件下，加入纤维素衍生物粉末、搅拌溶解，冷至室温、即得纤维素衍生物水液。
本发明中所述纤维素衍生物水液的重量百分比浓度在0.1%-5%。
作为优选，所述纤维素衍生物为羟乙基纤维素、甲基纤维素中的至少一种。
作为进一步优选，所述羟乙基纤维素的相对分子质量在60万-140万，所述甲基纤维素的相对分子质量在5万-10万。
其中功能性基液制备：
第一步：取木醋液，再加入50%-1000%体积量的茶多酚液，室温搅拌均匀，即得木醋茶多酚混合液；
第二步：搅拌状态下，往上述纤维素衍生物水液中，加入木醋茶多酚混合液，室温搅拌均匀，即得功能性基液。
本发明中所述木醋液为未经任何后处理的木醋原液、经过后续处理的精制木醋液中的一种。
本发明中所述茶多酚液为水溶液提取液，其质量百分比浓度在0.5%-15%。
其中水凝胶制备：
取高纯硅溶胶，于搅拌状态下加入上述的功能性基液中，室温搅拌均匀即得水凝胶。
本发明中高纯硅溶胶的体积添加量为所述纤维素衍生物水液的100%-2000%。
进一步地，所述高纯硅溶胶的含硅质量浓度在5%-30%。
本发明有益的技术效果：
在水凝胶的制备方法上，避免了大量合成化学原料及部分有毒化学品的使用，仅通过简单的环保的原料即可快速制备水凝胶；同时，在基于特定响应耦合效应的水凝胶制备过程中，引入了木醋液、茶多酚液等植物来源的组成成分，不但实现了水凝胶的快速制备，且赋予了水凝胶一定的生理活性。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步阐述本发明。
水凝胶制备原理方面，富羟基的多糖类天然高聚物分子与无机纳米小分子之间容易形成大量的非共价的相互作用，甚至一些还遵守较为严格的分子空间匹配关系，如自组装效应。为了充分利用这种非共价作用以期制备可降解的较为环保的水凝胶，本发明人尝试了纤维素衍生物大分子与硅溶胶之间形成水凝胶的可能性。经过大量的相关实验，本发明人发现羟乙基纤维素分子及甲基纤维素分子的水溶液同硅溶胶水溶液之间存在着特定的应激性的相互作用，利用此相互作用可以在室温下快速的形成水凝胶。本发明人进一步发现，在上述形成水凝胶的制备过程中，硅溶胶水溶液起着控制能否形成水凝胶的关键作用，即只有处于酸性环境的纳米胶质二氧化硅才能与羟乙基纤维素分子及甲基纤维素分子之间形成特定的相互作用，进而形成水凝胶，而且该形成水凝胶的过程简单、快速且有效。
在实现快速制备水凝胶的基础上，本发明人发现该纤维素衍生物与硅溶胶所形成的水凝胶在应用存放过程中存在一定的霉变现象。为更好地应用这类较为环保、且制程简单方便的水凝胶，本发明人从该水凝胶特殊的制备环境和工艺入手，设法使该水凝胶兼顾具备防止微生物污染的特性，从而延长其使用存放期。为此，设计引入木醋液这类环保的植物酸剂，构建水凝胶快速制备的酸性环境，也充分利用了木醋液具备的广谱抑菌、抗菌特性，同时为强化水凝胶的防霉变等抗微生物污染能力，引入了功能性的茶多酚，不但协同抗菌、抑菌，也赋予了水凝胶一定的生理活性。
实施例1
1）纤维素衍生物水液制备
取200ml一次蒸馏水，置于85℃水浴、搅拌条件下，加入0.25g甲基纤维素（相对分子质量63000）和0.75g羟乙基纤维素（相对分子质量1390000），搅拌1hr充分溶解，冷至室温，取出得到澄清的纤维素衍生物水液。
2）功能性基液制备
第一步：量取100ml经过精制处理的木醋液，加入400ml茶多酚液（质量浓度1%），室温搅拌均匀，得到木醋茶多酚混合液。
第二步：搅拌状态下，往上述制得的纤维素衍生物水液中，加入上述制得的木醋茶多酚混合液，室温搅拌均匀，取出即得功能性基液。
3）水凝胶制备
量取质量浓度15%的高纯硅溶胶（PH7.0）200ml，于搅拌状态下加入200 ml上述的功能性基液中，即刻形成絮状物，室温搅拌均匀25min，即制得水凝胶。
实施例2
1）纤维素衍生物水液制备
取200ml一次蒸馏水，置于90℃水浴、搅拌条件下，加入0.20g甲基纤维素（相对分子质量75000）和0.80g羟乙基纤维素（相对分子质量1270000），搅拌1hr充分溶解，冷至室温，取出得到澄清的纤维素衍生物水液。
2）功能性基液制备
第一步：量取100ml经过未经处理的木醋原液，加入400ml茶多酚液（质量浓度0.75%），室温搅拌均匀，得到木醋茶多酚混合液。
第二步：搅拌状态下，往上述制得的纤维素衍生物水液中，加入上述制得的木醋茶多酚混合液，室温搅拌均匀，取出即得功能性基液。
3）水凝胶制备
量取质量浓度15%的高纯硅溶胶（pH8.0）200ml，于搅拌状态下加入200 ml上述的功能性基液中，即刻形成絮状物，室温搅拌均匀25min，即制得水凝胶。
实施例3
1）纤维素衍生物水液制备
取200ml一次蒸馏水，置于80℃水浴、搅拌条件下，加入0.30g甲基纤维素（相对分子质量82000）和0.70g羟乙基纤维素（相对分子质量1070000），搅拌1hr充分溶解，冷至室温，取出得到澄清的纤维素衍生物水液。
2）功能性基液制备
第一步：量取100ml经过精制处理的木醋液，加入400ml茶多酚液（质量浓度1.5%），室温搅拌均匀，得到木醋茶多酚混合液。
第二步：搅拌状态下，往上述制得的纤维素衍生物水液中，加入上述制得的木醋茶多酚混合液，室温搅拌均匀，取出即得功能性基液。
3）水凝胶制备
量取质量浓度10%的高纯硅溶胶（pH7.0）300ml，于搅拌状态下加入150 ml上述的功能性基液中，即刻形成絮状物，室温搅拌均匀25min，即制得水凝胶。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水凝胶的制备方法，其特征在于：所述方法依序包含1)纤维素衍生物水液制备、2)功能性基液制备、3)水凝胶制备，其中
1)纤维素衍生物水液制备
量取蒸馏水，置于35-95℃水浴、搅拌条件下，加入纤维素衍生物粉末、搅拌溶解，冷至室温、即得纤维素衍生物水液；
2)功能性基液制备
第一步：取木醋液，再加入50%-1000%体积量的茶多酚液，室温搅拌均匀，即得木醋茶多酚混合液；
第二步：搅拌状态下，往上述纤维素衍生物水液中，加入木醋茶多酚混合液，室温搅拌均匀，即得功能性基液；
3)水凝胶制备
取高纯硅溶胶，于搅拌状态下加入上述功能性基液中，室温搅拌均匀即得水凝胶。
2.如权利要求1所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述纤维素衍生物为羟乙基纤维素、甲基纤维素中的至少一种。
3.如权利要求2所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述羟乙基纤维素的相对分子质量在60万-140万，所述甲基纤维素的相对分子质量在5万-10万。
4.如权利要求1所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述纤维素衍生物水液的重量百分比浓度在0.1%-5%。
5.如权利要求1所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述木醋液为未经任何后处理的木醋原液、经过后续处理的精制木醋液中的一种。
6.如权利要求1所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述茶多酚液为水溶液提取液，其质量百分比浓度在0.5%-15%。
7.如权利要求1所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述高纯硅溶胶的体积添加量为所述纤维素衍生物水液的100%-2000%。
8.如权利要求7所述的水凝胶的制备方法，其特征在于：所述高纯硅溶胶的含硅质量浓度在5%-30%。
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