自修復纖維素水凝膠的製備方法及製備得到的水凝膠的製作方法
2023-07-04 12:42:01
專利名稱：自修復纖維素水凝膠的製備方法及製備得到的水凝膠的製作方法
技術領域：
本發明屬於多糖類高分子化合物領域，具體涉及一種纖維素衍生物的製備方法及製備得到的產物。
背景技術：
高分子材料在製造和使用過程中，當受到外界機械損害後，由於內部的微裂紋和局部損傷，而導致性能下降，影響使用壽命。高分子材料由於裂紋往往在內部深處出現，探測難度較普通金屬材料更大。自修復高分子材料可以自行發現裂紋並通過一定機理自行癒合，是一種有著廣泛應用需求的高分子智能材料。因此，利用高分子材料的易加工性研究仿 生自修復，自1996年由Dry等提出後，立即成為了高分子科學領域的熱點方向。纖維素水凝膠作為一種高吸水高保水材料，被廣泛用於多種領域，如乾旱地區的抗旱，農用薄膜、建築中的結露防止劑、調溼劑、石油化工中的堵水調劑，原油或成品油的脫水，在礦業中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫療中的藥物載體等等。但是這類材料在其成型加工和使用過程中不可避免地會產生局部損傷和微裂紋，進而引發宏觀裂縫而發生破壞，影響相關產品的正常使用和縮短使用壽命，而往往這些微損傷在開始的時候難以發現，或者即使被發現也因產品形狀等限制無法得到及時修復。因此，如果能夠賦予高分子材料自修復功能，即可解決上述問題，從而顯著提高產品的安全性，延長其使用壽命。2011年日本學者Masaki Nakahata成功製備了聚丙烯酸自修復水凝膠並在 Nature Communications 上發表相關成果。(Masaki Nakahata;YoshinoriTakashima;Hiroyasu Yamaguchi;et al. ， Redox-responsive self-healing materialsformed from host - guest polymers, Nature Communications2011，2 :511)。該文獻提出了聚丙烯酸自修復凝膠合成的方法，但針對其他原料的合成，目前尚無報導。
發明內容
針對本領域存在的技術問題，本發明提出了自修復纖維素水凝膠的製備方法。本發明的另一目的是提出所述製備方法得到的水凝膠。為實現上述目的的具體技術方案為一種自修復纖維素水凝膠的製備方法，包括步驟I)環糊精接枝纖維素溶於溶劑中；2)將纖維素溶於溶劑中，然後加入二茂鐵甲醯氯，得到二茂鐵接枝纖維素；3)將步驟I)所得環糊精接枝纖維素溶液與步驟2)所得二茂鐵接枝纖維素溶液混合；所述溶劑為N-甲基嗎啉-N-氧化物、1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽離子液體或氯化鋰和N，N 二甲基甲醯胺的混合物中的一種。纖維素、纖維素接枝環糊精、纖維素接枝二茂鐵的結構式如下
權利要求
1.一種自修復纖維素水凝膠的製備方法，其特徵在於，包括步驟1)環糊精接枝纖維素溶於溶劑中；2)將纖維素溶於溶劑中，然後加入二茂鐵甲醯氯，反應得到二茂鐵接枝纖維素；3)將步驟I)所得環糊精接枝纖維素溶液與步驟2)所得二茂鐵接枝纖維素溶液混合；所述溶劑為N-甲基嗎啉-N-氧化物、1- 丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽離子液體或氯化鋰和N，N 二甲基甲醯胺的混合物中的一種。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述纖維素為木質纖維素、竹纖維素、 木纖維素漿柏、棉花纖維素、微晶纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素中的一種。
3.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟I)中環糊精接枝纖維素為纖維素與環氧氯丙烷在鹼性條件下反應，然後與環糊精反應得到；所述鹼性條件為每升反應混合物中加入氫氧化物O. 2-lmoL·
4.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述纖維素的羥基與所述環糊精的摩爾比例為O. 05-1 :1。
5.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述纖維素與環糊精反應是在鹼性條件下進行，其鹼性條件是加入環氧化纖維素質量40-60倍的氫氧化物。
6.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟3)中環糊精接枝纖維素溶於溶劑中，然後加入二茂鐵接枝纖維素，環糊精接枝纖維素與二茂鐵接枝纖維素的質量比例為 O.02-100:1。
7.如權利要求1-6任一所述的製備方法，其特徵在於，包括步驟1)將纖維素用水溶脹後，與環氧氯丙烷在鹼性條件下反應2-3h，將反應產物洗滌、抽濾和烘乾；2)將步驟I)所得產物與環糊精在40-55°C下，反應2-3h，經過洗滌、抽濾和烘乾，得到環糊精接枝纖維素；3)將纖維素溶於溶劑中，然後加入二茂鐵甲醯氯，反應4-22h，得到二茂鐵接枝纖維素溶液；4)將步驟2)所得環糊精接枝纖維素溶於溶劑，與步驟3)所得二茂鐵接枝纖維素溶液， 按O. 02-100:1溶質質量比例混合後攪拌0-8小時，在室溫下靜置，成凝膠後，將凝膠浸泡在水、生理鹽水、磷酸緩衝液中的一種中，置換出凝膠內溶劑；所述溶劑為N-甲基嗎啉-N-氧化物、1- 丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽離子液體或氯化鋰和N，N 二甲基甲醯胺的混合物中的一種。
8.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟3)加入二茂鐵甲醯氯後反應 4-22小時後，經過洗滌、抽濾和烘乾，將得到的二茂鐵接枝纖維素與環糊精接枝纖維素溶於溶劑並按比例混合，在室溫下靜置，成凝膠後，將凝膠浸泡在水、生理鹽水、磷酸緩衝液中的一種中，置換出凝膠內溶劑。
9.如權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述烘乾的溫度為22-100°C。
10.權利要求1-9任一所述的製備方法得到的水凝膠。
全文摘要
本發明提供一種自修復纖維素水凝膠的製備方法，包括步驟1)將纖維素與環糊精反應，得到環糊精接枝纖維素；2)製備二茂鐵接枝纖維素；3)將步驟1)所得環糊精接枝纖維素與步驟2)所得二茂鐵接枝纖維素混合，製備水凝膠。本發明提出的製備方法，反應條件溫和，原料廉價易得。本發明提出的方法成功合成了具有自修復功能的纖維素水凝膠，放置12小時以上即自動修復，具有產業價值，可用於隱形眼鏡等領域。
文檔編號C08B3/14GK103012811SQ20121056262
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者段久芳 申請人:北京林業大學