CN114058031A - 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114058031A
CN114058031A CN202111453027.2A CN202111453027A CN114058031A CN 114058031 A CN114058031 A CN 114058031A CN 202111453027 A CN202111453027 A CN 202111453027A CN 114058031 A CN114058031 A CN 114058031A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lignin
based composite
solution
composite hydrogel
adhesive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111453027.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114058031B (zh
Inventor
李金宝
赵海芝
修慧娟
李静宇
张天聪
黎金桂
王芝
戴磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202111453027.2A priority Critical patent/CN114058031B/zh
Publication of CN114058031A publication Critical patent/CN114058031A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114058031B publication Critical patent/CN114058031B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H6/00—Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08J2333/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2397/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/04—Alginic acid; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2433/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2433/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08J2433/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2497/00—Characterised by the use of lignin-containing materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0806—Silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自黏附木质素基复合水凝胶材料及其制备方法和应用，所述方法包括：对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；将木质素氧化降解产物进行脱甲基处理，得到脱甲基化木质素；之后进行氧化还原反应，得到木质素‑银纳米粒子溶液；将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素‑银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，之后进行凝胶化处理，得到木质素基复合水凝胶；对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶；本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶材料具良好黏附能和拉伸性能，制备过程简单，为木质素基复合水凝胶在柔性可穿戴设备领域提供了有利的技术支持。

Description

一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水凝胶传感材料技术领域，特别涉及一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶传感材料是一种新型的具有类似人类皮肤触觉敏感性的柔性传感材料，可以对人类关节弯曲、呼吸、脉搏跳动等生理信号产生可重复的电响应，在柔性可穿戴设备领域具有极大的应用前景；然而传统的复合木质素水凝胶缺乏组织黏附性，导致使用过程中需要额外借助胶带等其他辅助工具固定，这严重限制了其应用。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用，以解决现有传统的木质素水凝胶缺乏组织自黏附性的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应，得到木质素-银纳米粒子溶液；
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，得到均相前聚液；
步骤6、对均相前聚液进行凝胶化处理，得到木质素基复合水凝胶；
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶。
进一步的，步骤1中，对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物的过程中，具体如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)：(0.3-0.7)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为2-10mol/L。
进一步的，步骤2中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:(2-15)：(0.1-0.5)；预设温度为-50-40℃，反应时间为10-48h。
进一步的，步骤3中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为5-20mol/L；超声功率为100-600W，超声时间30-180min。
进一步的，步骤4中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:(0.1-0.5)，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为2-5wt％，银氨络合物溶液浓度1-5mol/L；氧化还原反应的时间为2-10h。
进一步的，步骤5中，将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，得到均相前聚液的过程，具体如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、交联剂及光引发剂混合，反应得到均相前聚液；其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.5-2wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为1-5wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为2-7wt％，交联剂的质量百分比浓度为0.1-0.5wt％，光引发剂的质量百分比浓度为0.1-0.3wt％；其中，交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂为2-羟基-2-甲基丙苯酮。
进一步的，步骤6中，采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为30-70℃，恒温水浴时间为4-12h。
进一步的，步骤7中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:(10-20)；其中，氯化铁溶液的浓度为0.1-0.6mol/L。
本发明还提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶，利用所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法制备得到。
本发明还提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的应用，所述自黏附木质素基复合水凝胶作为柔性传感材料的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用，采用丙烯酰胺作为水凝胶的第一网络，海藻酸钠作为水凝胶的第二网络；通过银氨络合物溶液对脱甲基化木质素进行处理，得到含邻苯二酚基团的银木质素-银纳米粒子；并将含邻苯二酚基团的银木质素-银纳米粒子作为黏附增强剂，在交联剂及光引发剂的条件下使丙烯酰胺、海藻酸钠及银木质素-银纳米粒子紧密聚合交联，得到具有良好自黏附性的木质素基复合水凝胶；并将木质素基复合水凝胶浸泡在氯化铁溶液中，利用Fe3+与海藻酸钠上的羧基发生配位作用，使海藻酸钠分子间连接更加紧密，从而促使海藻酸钠与丙烯酰胺之间交联程度增强，整体形成一个三维紧凑结构以提升水凝胶的拉伸性能；本发明所制备的自黏附木质素基复合水凝胶材料兼具良好黏附性能和拉伸性能，为木质素基复合水凝胶传感材料在柔性可穿戴设备上的应用提供了有利的技术支持。
附图说明
图1为实施例1中制备的自黏附木质素基复合水凝胶的黏附能柱状图；
图2为实施例1中制备的自黏附木质素基复合水凝胶的拉伸应力-应变曲线；
图3为实施例1中的自黏附木质素基复合水凝胶用于监测脚踝弯曲运动的传感性能曲线图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；具体过程如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)：(0.3-0.7)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为2-10mol/L。
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；其中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:(2-15)：(0.1-0.5)；预设温度为-50-40℃，反应时间为10-48h。
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；其中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为5-20mol/L；超声功率为100-600W，超声时间30-180min。
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应2-10h，得到木质素-银纳米粒子溶液；其中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:(0.1-0.5)，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为2-5wt％，银氨络合物溶液浓度1-5mol/L。
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，得到均相前聚液；具体过程如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、交联剂及光引发剂混合，反应得到均相前聚液；其中，交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂为2-羟基-2-甲基丙苯酮。
其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.5-2wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为1-5wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为2-7wt％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比浓度为0.1-0.5wt％，2-羟基-2-甲基丙苯酮的质量百分比浓度为0.1-0.3wt％。
步骤6、采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为30-70℃，恒温水浴时间为4-12h。
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶；其中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:(10-20)；其中，氯化铁溶液的浓度为0.1-0.6mol/L。
本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法，受海洋贻贝黏附蛋白启示，利用碱性硝基苯对纤维素酶解木质素分子上的甲氧基进行脱甲基化处理，得到更多的酚羟基，再在银氨溶液作用下通过氧化还原反应，制备出具有与海洋贻贝黏附蛋白相似的邻苯二酚结构，使得木质素复合水凝胶可与基底发生共价/非共价相互作用而具组织自黏附性，为解决传统木质素水凝胶缺乏组织自黏附性这项技术难点提供了新思路，提升了木质素基复合水凝胶传感材料的应用潜力。
本发明中，采用丙烯酰胺作为水凝胶的第一网络单体，海藻酸钠作为水凝胶的第二网络单体，通过银氨溶液对脱甲基化木质素进行处理得到含邻苯二酚基团的木质素-银纳米粒子；木质素-银纳米粒子作为黏附增强剂，在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，2-羟基-2-甲基丙苯酮作为光引发剂，并在恒温水浴条件下，使上述原料紧密聚合交联，得到具有良好自黏附性的木质素基复合水凝胶；之后将上述木质素基复合水凝胶浸泡在不同浓度氯化铁溶液中，利用Fe3+与海藻酸钠上的羧基发生配位作用，使海藻酸钠分子间连接更加紧密，从而促使海藻酸钠与聚丙烯酰胺之间交联程度增强，整体形成一个三维紧凑结构以提升水凝胶的拉伸性能；本发明所制备的自黏附木质素基复合水凝胶，兼具良好黏附性能和拉伸性能，为木质素基复合水凝胶传感材料在柔性可穿戴设备上的应用提供了有利的技术支持。
实施例1
本实施例1提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；具体过程如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:3:0.4；其中，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；其中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:5:0.1；预设温度为30℃，反应时间为36h。
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；其中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:2；其中，氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L；超声功率为600W，超声时间60min。
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应4h，得到木质素-银纳米粒子溶液；其中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:0.2，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为3wt％，银氨络合物溶液浓度2mol/L。
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮的条件下发生反应，得到均相前聚液；具体过程如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮混合，反应得到均相前聚液；其中，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，2-羟基-2-甲基丙苯酮作为光引发剂。
其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为1wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为5wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为3wt％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比浓度为0.3wt％，2-羟基-2-甲基丙苯酮的质量百分比浓度为0.3wt％。
步骤6、采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为65℃，恒温水浴时间为8h。
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶；其中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:20；其中，氯化铁溶液的浓度为0.5mol/L。
实施例2
本实施例2提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；具体过程如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:2:0.3；其中，氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L。
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；其中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:15:0.3；预设温度为40℃，反应时间为10h。
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；其中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:3；其中，氢氧化钠溶液的浓度为20mol/L；超声功率为350W，超声时间30min。
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应10h，得到木质素-银纳米粒子溶液；其中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:0.5，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为2wt％，银氨络合物溶液浓度5mol/L。
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮的条件下发生反应，得到均相前聚液；具体过程如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮混合，反应得到均相前聚液；其中，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，2-羟基-2-甲基丙苯酮作为光引发剂。
其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为2wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为1wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为7wt％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比浓度为0.1wt％，2-羟基-2-甲基丙苯酮的质量百分比浓度为0.2wt％。
步骤6、采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为70℃，恒温水浴时间为4h。
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶；其中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:15；其中，氯化铁溶液的浓度为0.1mol/L。
实施例3
本实施例3提供了一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；具体过程如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:5:0.7；其中，氢氧化钠溶液的浓度为6mol/L。
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；其中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:2:0.5；预设温度为-50℃，反应时间为48h。
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；其中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:5；其中，氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L；超声功率为100W，超声时间180min。
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应2h，得到木质素-银纳米粒子溶液；其中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:0.1，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为5wt％，银氨络合物溶液浓度1mol/L。
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮的条件下发生反应，得到均相前聚液；具体过程如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺及2-羟基-2-甲基丙苯酮混合，反应得到均相前聚液；其中，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，2-羟基-2-甲基丙苯酮作为光引发剂。
其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.5wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为3wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为2wt％，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比浓度为0.5wt％，2-羟基-2-甲基丙苯酮的质量百分比浓度为0.1wt％。
步骤6、采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为30℃，恒温水浴时间为12h。
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶；其中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:10；其中，氯化铁溶液的浓度为0.6mol/L。
试验结果：
如表1所示，经试验检测结果表明，采用实施例1-3所述的自黏附木质素基复合水凝胶，其黏附能为214.4-215.7N/m2；在拉伸过程中，其拉伸强度为0.053-0.055MPa，拉伸应变范围在1000％-1023％；而现有的其他木质素基复合水凝的胶拉伸强度为0.035MPa，拉伸应变为700％，黏附能为109.2N/m2，明显低于实施例1-3中制备的自黏附木质素基复合水凝胶；因此，本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶，具有更高的黏附能和拉伸性能。
表1不同木质素基复合水凝胶材料的黏附能和拉伸性能
条件 黏附能(N/m<sup>2</sup>) 拉伸强度(MPa) 拉伸应变(％)
其他木质素水凝胶 109.2 0.035 700
实施例1 215.7 0.055 1000
实施例2 214.4 0.053 1023
实施例3 215.5 0.054 1002
如附图1所示，附图1中所示为实施例1中制备的自黏附木质素基复合水凝胶的黏附能图，从附图1中可以看出实施例1木质素基复合水凝胶材料的黏附能能够到达215.67N/m2，远大于现有的其他木质素基复合水凝的黏附能。
如附图2所示，附图2中所示为实施例1中制备的自黏附木质素基复合水凝胶的拉伸应力-应变曲线；从附图2中可以看出实施例1中所制备的木质素基复合水凝胶具有0.055MPa的拉伸强度，1000％的高拉伸应变；因此，所述的自黏附木质素基复合水凝胶具有最佳的黏附性能和拉伸性能。
如附图3所示，附图3中给出了实施例1中的自黏附木质素基复合水凝胶用于监测脚踝弯曲运动的传感性能曲线图，从附图3中可以看出，将所述的自黏附木质素基复合水凝胶黏附在人体脚踝处时，能够监测到稳定的脚踝弯曲信号，并具有可重复监测性；本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶能够黏附陶瓷坩埚、砝码，且不致掉落；同时，能够黏附在人体皮肤上并从人体皮肤上剥离没有残留，也不致发红过敏，在实际应用中具有一定的使用普适性与安全性。
本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶材料的制备方法，采用丙烯酰胺作为第一交联网络，海藻酸钠作为第二交联网络，银木质素-银纳米粒子作为黏附增强剂，在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，2-羟基-2-甲基丙苯酮作为光引发剂，并在恒温水浴作用下，使上述的丙烯酰胺、海藻酸钠及银木质素-银纳米粒子紧密聚合交联，得到具有良好自黏附性的木质素基复合水凝胶；将所述木质素基复合水凝胶材料浸入氯化铁溶液，利用Fe3+与海藻酸钠分子链上的羧基形成配位作用以增强木质素基复合水凝胶的拉伸性能，制备出兼具良好黏附能和拉伸性能的木质素基复合水凝胶材料。
本发明所述的自黏附木质素基复合水凝胶的黏附能最高可达215.7N/m2，拉伸强度最高可达到0.055MPa，拉伸应变可达1023％；此外，所述自黏附木质素基复合水凝胶能对不同物体基底进行黏附，具有黏附普适性，为木质素基复合水凝胶材料在柔性可穿戴设备的应用提供了有利的技术支持。
本发明中，采用资源丰富的纤维素酶解木质素作为供黏附基底，通过脱甲基化处理得到脱甲基化木质素，再用银氨溶液对其再处理，得到具有与海洋贻贝黏附蛋白相似的邻苯二酚基团结构的银木质素-银纳米粒子，以赋予木质素基复合水凝胶更高自黏附性；而后将木质素基复合水凝胶浸入氯化铁溶液，Fe3+通过与海藻酸钠每条链上的羧基相互作用将三根不同的海藻酸钠聚合物链结合在一起，促使海藻酸钠与聚丙烯酰胺之间交联更紧密，建立了一个三维紧凑结构，提高水凝胶的拉伸性能；兼具良好黏附性能及拉伸性能，为木质素基复合水凝胶传感材料在柔性可穿戴设备领域提供了有利的技术支持。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物；
步骤2、将木质素氧化降解产物溶解于二氯甲烷中，在预设温度下，加入三溴化硼，混合均匀后反应，得到脱甲基化木质素；
步骤3、将脱甲基化木质素在氢氧化钠溶液中超声溶解，得到脱甲基化木质素溶液；
步骤4、将脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液中，进行氧化还原反应，得到木质素-银纳米粒子溶液；
步骤5、将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，得到均相前聚液；
步骤6、对均相前聚液进行凝胶化处理，得到木质素基复合水凝胶；
步骤7、将木质素基复合水凝胶加入到氯化铁溶液中，对木质素基复合水凝胶进行金属配位反应，得到所述的自黏附木质素基复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1中，对纤维素酶解木质素进行碱性硝基苯预处理，得到木质素氧化降解产物的过程中，具体如下：
将纤维素酶解木质素与硝基苯混合，并在混合溶液中加入氢氧化钠溶液，反应得到所述的木质素氧化降解产物；其中，纤维素酶解木质素、硝基苯及氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)：(0.3-0.7)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为2-10mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，木质素氧化降解产物、二氯甲烷及三溴化硼的质量比为1:(2-15)：(0.1-0.5)；预设温度为-50-40℃，反应时间为10-48h。
4.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3中，脱甲基化木质素与氢氧化钠溶液的质量比为1:(2-5)；其中，氢氧化钠溶液的浓度为5-20mol/L；超声功率为100-600W，超声时间30-180min。
5.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4中，脱甲基化木质素溶液与银氨络合物溶液的体积比为1:(0.1-0.5)，脱甲基化木质素溶液的质量百分比浓度为2-5wt％，银氨络合物溶液浓度1-5mol/L；氧化还原反应的时间为2-10h。
6.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤5中，将海藻酸钠、丙烯酰胺和木质素-银纳米粒子溶液，在交联剂、光引发剂条件下发生反应，得到均相前聚液的过程，具体如下：
将海藻酸钠、丙烯酰胺、木质素-银纳米粒子溶液、交联剂及光引发剂混合，反应得到均相前聚液；其中，反应前的混合物中，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.5-2wt％，丙烯酰胺的质量百分比浓度为1-5wt％，木质素-银纳米粒子溶液的质量百分比浓度为2-7wt％，交联剂的质量百分比浓度为0.1-0.5wt％，光引发剂的质量百分比浓度为0.1-0.3wt％；其中，交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂为2-羟基-2-甲基丙苯酮。
7.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤6中，采用在恒温水浴条件下，对均相前聚液进行凝胶化处理；其中，恒温水浴的温度为30-70℃，恒温水浴时间为4-12h。
8.根据权利要求1所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤7中，木质素基复合水凝胶与氯化铁溶液的体积比为1:(10-20)；其中，氯化铁溶液的浓度为0.1-0.6mol/L。
9.一种自黏附木质素基复合水凝胶，其特征在于，利用权利要求1-8任意一项所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的一种自黏附木质素基复合水凝胶的应用，其特征在于，所述自黏附木质素基复合水凝胶作为柔性传感材料的应用。
CN202111453027.2A 2021-11-30 2021-11-30 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用 Active CN114058031B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111453027.2A CN114058031B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111453027.2A CN114058031B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114058031A true CN114058031A (zh) 2022-02-18
CN114058031B CN114058031B (zh) 2023-06-09

Family

ID=80228181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111453027.2A Active CN114058031B (zh) 2021-11-30 2021-11-30 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114058031B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114835942A (zh) * 2022-05-31 2022-08-02 华南理工大学 一种高强度海藻酸钠/木质素阻燃型气凝胶及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108314868A (zh) * 2018-03-21 2018-07-24 中南林业科技大学 一种木质素复合水凝胶及其制备方法
CN108727833A (zh) * 2017-12-07 2018-11-02 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的粘附超强抗菌水凝胶的制备方法
CN109456444A (zh) * 2018-10-22 2019-03-12 西南交通大学 一种用于组织修复的黏附导电水凝胶的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108727833A (zh) * 2017-12-07 2018-11-02 西南交通大学 一种用于骨/软骨修复的粘附超强抗菌水凝胶的制备方法
CN108314868A (zh) * 2018-03-21 2018-07-24 中南林业科技大学 一种木质素复合水凝胶及其制备方法
CN109456444A (zh) * 2018-10-22 2019-03-12 西南交通大学 一种用于组织修复的黏附导电水凝胶的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GRZEGORZ MILCZAREK等: "\"One-step synthesis of lignosulfonate-stabilized silver nanoparticles\"", 《COLLOIDS AND SURFACES B: BIOINTERFACES》, vol. 105, pages 335 - 341, XP029000478, DOI: 10.1016/j.colsurfb.2013.01.010 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114835942A (zh) * 2022-05-31 2022-08-02 华南理工大学 一种高强度海藻酸钠/木质素阻燃型气凝胶及其制备方法与应用
CN114835942B (zh) * 2022-05-31 2023-02-14 华南理工大学 一种高强度海藻酸钠/木质素阻燃型气凝胶及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114058031B (zh) 2023-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108264611B (zh) 一种自粘附超强水凝胶的制备方法
CN111423539B (zh) 一种GO@DA/海藻酸钠/P(AAc-co-AAm)多功能水凝胶及其制备方法
CN109651623B (zh) 提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶
CN114058031A (zh) 一种自黏附木质素基复合水凝胶及其制备方法和应用
Li et al. Rapid fabrication of xylan-based hydrogel by graft polymerization via a dynamic lignin-Fe3+ plant catechol system
CN113583257B (zh) 一种电致黏附水凝胶及其制备方法
CN114736392A (zh) 一种高强度自愈合水凝胶及其制备方法
CN110591002A (zh) 一种多功能壳聚糖复合水凝胶及其制备方法和用途
CN109942839A (zh) 一种具有抗菌及自粘附性的原位自由基聚合凝胶、其制备方法及用途
CN115340631A (zh) 一种柔性聚离子共晶凝胶及其制备方法和应用
CN111635480A (zh) 一种抗溶胀水凝胶材料及其制备方法
CN110713600B (zh) 一种基于金属配位键-氢键双交联的自愈合硅弹性体的制备方法及弹性体
CN109776830B (zh) 一种聚氨酯/羧甲基壳聚糖/聚苯胺导电膜的制备方法
Sun et al. Fabrication of Janus-type nanocomposites from cellulose nanocrystals for self-healing hydrogels’ flexible sensors
Zhang et al. Multifunctional hybrid hydrogel with transparency, conductivity, and self-adhesion for soft sensors using hemicellulose-decorated polypyrrole as a conductive matrix
CN114573840B (zh) 单宁酸还原氧化石墨烯导电水凝胶及其制备方法
CN113980355B (zh) 一种多功能橡胶助剂及其制备方法
CN110527159A (zh) 一种原位氢化橡胶石墨烯弹性体及制备方法
CN110591168B (zh) 一种酶法制备透明质酸基导电膜材料的方法
CN114940765A (zh) 一种高强、高弹的多网络导电水凝胶及其制备方法与应用
CN115058121A (zh) 一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法
CN112126231B (zh) 一种耐辐照、耐高温苯醚撑硅橡胶及制备方法
CN113817104A (zh) 一种准双网络水凝胶及其制备方法与应用
CN114057928A (zh) 医用紫外光固化导电水凝胶及其制备方法
CN114672042A (zh) 一种金属配位的导电水凝胶的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant