CN115028900A - 一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法 - Google Patents

一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，包括：配制稀浓度的单一或者复配的无机盐水溶液；将淀粉加入上述步骤配制的无机盐水溶液中，搅拌溶解，离心制备得到透明的淀粉凝胶材料。本发明方法淀粉溶解时所需低温、低盐浓度、反应时间短，能耗低；淀粉凝胶强度高、抗冻能力好和导电率高等。本发明所采用的方法操作简单，易于实现工业化，所得凝胶具备良好的力学性能及功能化特性，可广泛地应用于柔性电极、传感器、超级电容器、光学器件等领域。

Description

一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法
技术领域
本发明涉及淀粉凝胶制备方法，特别涉及一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法。
背景技术
淀粉是自然界中储量丰富的天然高分子化合物，因其具备生物可降解、可再生且价格低廉等优势成为制备多功能凝胶材料的理想原料。淀粉的溶解是制备淀粉凝胶材料的有效手段之一，且淀粉溶液/溶胶性质(如分散性、凝胶性、老化性等)会影响凝胶材料的性能和应用领域。然而，淀粉的传统溶剂体系包括水、碱溶液和有机溶剂(如二甲基乙酰胺、二甲亚砜等)等均具有一定的应用局限性，例如，1)常温下淀粉不易溶解，需要在较高的温度下才能溶解于水、碱溶液和有机溶剂中，且对淀粉的聚合度有较严格的要求；2)有的溶剂不环保，如有机溶剂的毒性、易挥发及难回收等导致严重环境问题。因此，寻求绿色环保的淀粉溶剂并实现淀粉的常温溶解是规避上述问题的解决方案，是后续制备性能良好的淀粉功能材料的基础。
无机盐水溶液作为一种环境友好且可回收利用的溶剂，可用于淀粉的溶解。但无机盐水溶液对淀粉的溶解仍然存在以下技术不足：1)溶解过程需要高温，耗能高；2)所用淀粉原料具有局限性；3)所需盐溶液浓度较高，溶剂需求量大，成本高。例如，中国专利CN111333921A基于氯化钙溶液溶解淀粉的方法，需选取高直链淀粉作为原料，并指出普通淀粉不易成型。其次，溶解过程需要达到淀粉的糊化温度并进行长时间溶解。盐溶液的浓度需达到30wt％以上才能实现淀粉的溶解。因此，突破以上技术难关和不足对于实现无机盐常温溶解淀粉工业化是极其关键的。
在无机盐溶解制备淀粉凝胶材料的过程中，通常需要高温、高盐条件且反应时间过长(能耗高)的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种低温、快速制备强度高、抗冻能力好和导电率高的淀粉凝胶的方法。
技术方案：本发明所述的低温、快速制备强度高、抗冻能力好和导电率高的淀粉凝胶的方法，包括以下步骤：
1)配制稀浓度的单一或者复配的无机盐水溶液；
2)取一定量的淀粉加入步骤1)配制的无机盐水溶液中，机械搅拌至完全溶解，经离心制备得到透明的淀粉凝胶材料。
进一步的，所述无机盐为金属盐，金属离子为Al3+、Fe3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、 Cu2+、Zn2+，阴离子为Cl-。
进一步的，所述金属无机盐水溶液的浓度为无机盐与水的摩尔比为1∶12～1∶30，优选为1∶16～1∶20。本发明采用低浓度的无机盐水溶液，其原因在于，金属无机盐离子与水需形成一定大小的水合离子，在低温下可进入淀粉的半晶体结构中破坏其内部氢键网络使其溶解，并与淀粉分子形成氢键进一步成胶。水合离子大小与无机盐浓度有关，过大(高浓)难以进入淀粉结构中溶解，过小(过低浓)其与淀粉分子间的作用力不足以破坏淀粉内部氢键网络难以溶解。
进一步的，所述金属无机盐水溶液为两种金属无机盐复配而成，其金属阳离子摩尔比为0.1∶0.9～0.5∶0.5，优选为0.1∶0.9～0.3∶0.7。复配金属无机盐体系比例的选择与其金属离子大小和电荷密度有关。两种金属无机盐的配比导致不同的金属水合离子半径和电荷密度，会影响淀粉的溶解和成胶效果，即影响与淀粉分子间的相互作用力。
进一步的，所述淀粉为薯类淀粉(如马铃薯淀粉、木薯淀粉等)、谷类淀粉(如小麦淀粉、玉米淀粉等)和豆类淀粉(如绿豆淀粉、红豆淀粉等)中的任一种。
进一步的，所述溶解温度为0～40℃。优选为20～30℃。在淀粉溶解过程中，淀粉分子与水分子在金属无机盐离子的配位球上结合，使体系中的液相水减少，导致冰点的移动和焓值的降低。本发明通过控制金属无机盐水合离子大小使其在常温下快速溶解，而非高温加速溶解。
进一步的，所述淀粉的固含量为1～30wt％。优选为10～20wt％。一定范围的金属无机盐离子与淀粉分子的比例保证其低温快速高效溶解。
进一步的，所述溶解时间为1～20min。
根据本发明的另一个方面，提供了一种常温快速溶解制备的淀粉凝胶，采用所述的常温快速溶解制备淀粉凝胶材料的制备方法制备得到，所述淀粉凝胶材料是包含淀粉、金属无机盐以及介质水的复合凝胶材料。
进一步的，所述淀粉凝胶的离子导电率可为0.1～4.0S/m。
进一步的，所述淀粉凝胶具有较强的抗冻能力，在-80℃～25℃均可保持良好的导电能力，在不同温度下的离子导电率可为0.1～4.0S/m。
进一步的，所述淀粉凝胶具有较好的黏附性和自愈合能力。
进一步的，所述淀粉凝胶具有较好的保水性，在不同湿度环境下保水值可为60-95％。
进一步的，所述淀粉凝胶具有较好的机械性能，以不同条件制备的淀粉凝胶其储存模量可为0.5×103～2.7×105Pa。
根据本发明的又一个方面，提供了一种常温快速溶解制备的淀粉凝胶的应用，如所述的淀粉凝胶在柔性电极、传感器、超级电容器、光学器件等领域的应用。
本发明采用稀浓度的金属无机盐水溶液实现淀粉在常温下的快速溶解，规避了现有技术中所存在的高温、高盐、反应时间长所导致的反应能耗高、及淀粉凝胶脆性高、抗冻能力差和导电率低等问题，并由于金属离子与淀粉上的羟基形成新的配位键，增强了凝胶网络中淀粉分子滑移机率，极大缓解了淀粉凝胶的脆性问题；该方法将金属离子包裹于网络结构中，无需复合外源添加剂，便极大提高了淀粉凝胶的抗冻性能和离子导电性能。本方法制备的凝胶还具有加新的性能(如黏附性、自愈合能力和高透明性)，使其可应用更多领域。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1、本发明采用低浓度的绿色溶剂金属无机盐水溶液溶解淀粉，金属水合离子或复配金属水合离子通过较强的渗透能力以及破坏淀粉分子链内部氢键的能力，实现淀粉在常温条件下的快速溶解。
2、本发明方法，采用“溶解-凝胶”一步法制备得到含有金属离子的淀粉导电凝胶，可有效解决淀粉凝胶脆性高、抗冻能力差及导电率低的问题。
3、本发明方法，无需添加外源复合物，便可赋予淀粉凝胶强的黏附性、良好的自愈合能力、较好的保水能力和透明性，拓宽淀粉凝胶材料的应用领域。
4、本发明方法，操作简单可控，易于实现工业化；并且凝胶性能大幅度提高，达到市场需求；所使用的淀粉原料，资源丰富且廉价易得。上述优点为本发明实现工业化提供了技术保障。
附图说明
图1淀粉在金属无机盐水溶液中溶解前后照片和光学显微镜图片：图中，a.淀粉原料，b.淀粉原料的光学显微镜，c.淀粉溶解于无机盐水溶液，d.淀粉溶解后的光学显微镜；
图2是不同固含量淀粉凝胶的照片：图中淀粉凝胶的淀粉固含量为5～20wt％，均具有较高的透明性；
图3是淀粉凝胶的机械性能和功能化特性：图中，a.机械性能，b.黏附性，c.自愈合能力，d.导电性，e.抗冻能力)；
图4是高浓无机盐水溶液对淀粉的溶解分层现象；
图5为对比例2中高温条件下无机盐水溶液对淀粉的溶解成胶情况，以及对比例3中本发明范围以外的金属无机盐复配体系对淀粉的溶解成胶情况。
具体实施方式
用于本发明的溶剂可为金属无机盐水溶液的单一或者复配体系，其阳离子可为Al3+、 Fe3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+，阴离子为Cl-。淀粉原料可为薯类淀粉(如马铃薯淀粉、木薯淀粉等)、谷类淀粉(如小麦淀粉、玉米淀粉等)和豆类淀粉(如绿豆淀粉、红豆淀粉等)中的任一种。以下，以不同单一金属无机盐水溶液为溶剂，以马铃薯淀粉为淀粉原料，对本发明进行说明。
实施例1
以MnCl2为金属无机盐溶剂，将MnCl2与水以摩尔比为1∶16配制为MnCl2水溶液备用。取10g马铃薯淀粉加入100g配置得到的MnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例2
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶20配制为ZnCl2水溶液备用。取15g小麦淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，5min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的小麦淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为15wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例3
以AlCl3·6H2O为金属无机盐溶剂，将AlCl3与H2O以摩尔比为1∶12配制为AlCl3水溶液备用。取20g马铃薯淀粉加入100g配置得到的AlCl3水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，20min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为20wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例4
以MgCl2·6H2O为金属无机盐溶剂，将MgCl2与H2O以摩尔比为1∶18配制为MgCl2水溶液备用。取10g马铃薯淀粉加入100g的MgCl2水溶液中，置于25℃下机械搅拌，转速为 200r/min，15min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为 10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
用于本发明的金属无机盐水溶液不限于单一金属无机盐，可为两种金属无机盐复配而成的金属无机盐水溶液中的任一种，以下实施例以AlCl3/ZnCl2和CaCl2/ZnCl2复配金属无机盐为例为本发明进行说明。
实施例5
将AlCl3·6H2O和ZnCl2两种金属无机盐与水以AlCl3∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.1∶0.9∶16配制为AlCl3/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取10g马铃薯淀粉加入100g的AlCl3/ZnCl2/H2O溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例6
将FeCl3和ZnCl2两种金属无机盐与水以FeCl3∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.2∶0.8∶22配制为FeCl3/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取15g马铃薯淀粉加入100g的FeCl3/ZnCl2/H2O溶液中，置于40℃下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为15wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
用于本发明的淀粉原料不局限于薯类淀粉(马铃薯淀粉)，可将薯类淀粉用谷类淀粉(玉米淀粉、小麦淀粉等)和豆类淀粉(绿豆淀粉、红豆淀粉等)任一种替代，以下实施例以玉米淀粉和绿豆淀粉为例为本发明进行说明。
实施例7
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶16配制为ZnCl2水溶液备用。取10g玉米淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，3min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的玉米淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例8
以CuCl2为金属无机盐溶剂，将CuCl2与水以摩尔比为1∶26配制为CuCl2水溶液备用。取10g绿豆淀粉加入100g配置得到的CuCl2水溶液中，置于10℃下机械搅拌，转速为200r/min，5min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的绿豆淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
用于本发明的淀粉的固含量不局限于10wt％，可在1wt％和30wt％之间选用任一固含量代替10wt％。以下实施例以不同淀粉固含量为例为本发明进行说明。
实施例9
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶16配制为ZnCl2水溶液备用。取1g马铃薯淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为1wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例10
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶20配制为ZnCl2水溶液备用。取5g红豆淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，2min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的红豆淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为5wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例11
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶20配制为ZnCl2水溶液备用。取20g马铃薯淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于0℃下机械搅拌，转速为200r/min，5min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为20wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例12
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶20配制为ZnCl2水溶液备用。取30g马铃薯淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，10min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为 30wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
用于本发明的金属无机盐水溶液的浓度不局限于无机盐与水的摩尔比为1∶16，可在 1∶12～1∶30之间选用任一摩尔比代替1∶16。以下实施例以金属无机盐水溶液浓度为摩尔比1∶12和1∶30为例为本发明进行说明。
实施例13
将AlCl3·6H2O和ZnCl2两种金属无机盐与水以AlCl3∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.3∶0.7∶16配制为AlCl3/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取15g马铃薯淀粉加入100g配置得到的AlCl3/ZnCl2水溶液中，置于35℃下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为15wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例14
将AlCl3·6H2O和ZnCl2两种金属无机盐与水以AlCl3∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.4∶0.6∶30配制为AlCl3/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取15g马铃薯淀粉加入100g配置得到的AlCl3/ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，3min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为15wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
用于本发明的复配金属无机盐的两种金属无机盐的摩尔比不局限于0.1∶0.9，可在 0.1∶0.9～0.5∶0.5之间选用任一摩尔比代替0.1∶0.9。以下实施例以复配金属无机盐的两种金属无机盐摩尔比0.2∶0.8和0.5∶0.5为例为本发明进行说明。
实施例15
将CuCl2和ZnCl2两种金属无机盐与水以CuCl2∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.2∶0.8∶16配制为CuCl2/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取10g木薯淀粉加入100g的CuCl2/ZnCl2/H2O溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，2min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的马铃薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
实施例16
将AlCl3·6H2O和ZnCl2两种金属无机盐与水以AlCl3∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.5∶0.5∶16配制为AlCl3/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取10g木薯淀粉加入100g的AlCl3/ZnCl2/H2O溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，1min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后得透明的木薯淀粉凝胶，所得淀粉凝胶中固含量为10wt％。
将所制备得到淀粉凝胶进行黏度、机械性能、保水性、导电性等性能的表征。
基于本发明所述的无机盐水溶液的浓度范围，以所述范围以外的高浓盐溶液做进一步验证。以下以对比例1为例为本发明进行说明。
对比例1
以ZnCl2为金属无机盐溶剂，将ZnCl2与水以摩尔比为1∶4配制为ZnCl2水溶液备用。取5g马铃薯淀粉加入100g配置得到的ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为 200r/min，搅拌60min后，仍为淀粉与盐溶液的不透明混合液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后淀粉与盐溶液呈现分层现象，未制备得到淀粉凝胶。
基于本发明所述的常温快速溶解淀粉制备凝胶的方法，所述温度范围为常温温度的 0-40℃之间，以高温80℃溶解淀粉制备凝胶做进一步验证。以下以对比例2为例为本发明进行说明。
对比例2
以CaCl2为金属无机盐溶剂，将CaCl2与水以摩尔比为1∶10配制为CaCl2水溶液备用。取10g马铃薯淀粉加入100g配置得到的CaCl2水溶液中，置于80℃下机械搅拌，转速为200r/min，搅拌10min，淀粉溶解后冷却，离心脱泡后发现淀粉溶液呈现流动态，具有较小的粘弹性，无法直接成胶。
基于本发明所述的复配无机盐水溶液的金属范围，以所述范围以外的TiCl4/ZnCl2复配水溶液体系做进一步验证。以下以对比例3为本发明进行说明。
对比例3
将TiCl4和ZnCl2两种金属无机盐与水以TiCl4∶ZnCl2∶H2O摩尔比0.2∶0.8∶16配制为TiCl4/ZnCl2/H2O复配溶剂备用。取10g马铃薯淀粉加入100g配置得到的TiCl4/ZnCl2水溶液中，置于常温下机械搅拌，转速为200r/min，10min后淀粉完全溶解为透明均相的淀粉/ 金属无机盐溶液，将其倒入离心管中进行离心脱泡处理。离心后发现淀粉/金属无机盐溶液仍然呈现黏度较小的流动态，无法直接得到淀粉凝胶。
本发明所涉及的实施例不局限于上述实施例，表1对本发明涉及的淀粉凝胶制备方法做了简单列举。
表1 实施例中淀粉凝胶制备方法
Figure RE-GDA0003797117870000091
Figure RE-GDA0003797117870000101
表2 续表1
Figure RE-GDA0003797117870000102
Figure RE-GDA0003797117870000111
注：上表中，1-16分别对应实施例1-16，17、18为补充实施例。
对实施例1中的金属无机盐常温溶解淀粉的过程进行观察，图1是马铃薯淀粉溶解前后的照片和光学显微镜图(a.淀粉原料；b.淀粉原料的光学显微镜；c.淀粉溶解于无机盐水溶液；b.淀粉溶解后的光学显微镜)。由图1可知，本发明通过采用环境友好的绿色溶剂金属无机盐水溶液作为淀粉的溶剂，操作简单，在常温条件下便可实现淀粉的完全溶解。溶解前淀粉为白色粉末状，其光学显微镜图以淀粉颗粒形式存在，溶解后为清透均一的淀粉溶液，其光学显微镜图无淀粉颗粒存在，表明其完全溶解。因此，本发明所采用的淀粉溶解工艺是一种绿色、高效、低能耗且操作性极强的方法。
对制备得到的不同固含量的淀粉凝胶进行观察，图2是固含量分别为5wt％、10wt％、 15wt％、20wt％的淀粉凝胶照片。由图2可知，本发明通过简单易行的制备方法可成功制备得到高透明性的淀粉凝胶材料。不同固含量的淀粉经无机盐水溶液溶解后均可以成胶成型，固含量越高其成胶性质越明显，成型性质越好。此外，即便固含量高达20wt％，经本发明所提供的制备方法仍然可以制备得到高透明度的凝胶材料，使其在光学器件领域具有巨大的应用潜力。
对本发明提供的方法制备得到的淀粉凝胶的机械性能和功能化特性进行表征。图3 为淀粉凝胶的粘弹性、黏附性、自愈合能力、导电性及抗冻能力。由图3a可知，淀粉凝胶的弹性模量和粘性模量均随固含量的升高呈现有规律的增加趋势，说明采用本发明的制备方法得到的淀粉凝胶具有一定的强度和韧性，缓解了淀粉凝胶脆性高的问题。由图3b可知，淀粉凝胶对橡胶具有较好的黏附性，需要说明的是，除了橡胶，本发明制备得到的淀粉凝胶对玻璃、金属、纸张等均具有良好的黏附性。由图3c可知，淀粉凝胶具有良好的自愈合能力。由图3d和3e可知，淀粉凝胶由于其由无机盐水溶液溶解制备得到，气凝胶网络中包裹了无机盐水溶液的阴阳离子，故具有极好的导电性能，且在 -20℃的条件下仍然具有良好的导电性能，凸显了优越的抗冻性能。由此，本发明所提供的常温溶解制备淀粉凝胶的方法赋予了淀粉凝胶独特的性能：黏附性、自愈合能力、导电性及抗冻能力，其在传感器、柔性电极、传感器、超级电容器等领域具有极具潜力的应用前景。
图4展示的为对比例1中无机盐与水的摩尔比为1∶4的高浓无机盐水溶液对淀粉的溶解情况，可见明显分层现象。高浓无机盐水溶液会导致水合离子半径变大，从而难以进入淀粉半晶体内部结构导致其在常温下难以溶解，需高温加速其溶解。
图5展示的为对比例2中高温条件下无机盐水溶液对淀粉的溶解成胶情况，以及对比例3中本发明范围以外的金属无机盐复配体系对淀粉的溶解成胶情况，可见均无法制备得到淀粉凝胶材料。高温条件下，无机盐水溶液在淀粉溶解的同时伴随一定程度的降解，导致即使在高温下实现溶解，冷却至常温也难以实现淀粉成胶，即难以实现内部氢键网络的重构。

Claims (10)

1.一种快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制稀浓度的单一或者复配的无机盐水溶液；
2)取一定量的淀粉加入步骤1)配制的无机盐水溶液中，搅拌溶解，经离心制备得到透明的淀粉凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤1)中，所述无机盐为金属盐，金属离子分别为Al3+、Fe3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、Cu2+或Zn2+，阴离子为Cl-。
3.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤1)中，所述金属无机盐水溶液中无机盐与水的摩尔比为1∶12～1∶30。
4.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤1)中，复配的无机盐水溶液，其中金属阳离子摩尔比为0.1∶0.9～0.5∶0.5。
5.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤2)中，所述淀粉为天然淀粉。
6.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤2)中，所述溶解温度为0～40℃。
7.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤2)中，所述淀粉的固含量为1～30wt％。
8.根据权利要求1所述的快速制备高导电率淀粉凝胶的方法，其特征在于，步骤2)中，溶解时间为1～20min。
9.一种淀粉凝胶，其特征在于，采用1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的淀粉凝胶应用于柔性电极、传感器、超级电容器、光学器件领域。
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