[發明專利]一種植物多酚納米纖維素抗菌自愈合水凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201811342849.1
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109517309B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 盧貝麗;林鳳采;鄭君劍;黃彪;王梓;朱智婷
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08L1/02;C08B15/00;C08J3/24;C08J3/075
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林文弘

本發明公開了一種植物多酚納米纖維素抗菌自愈合水凝膠的制備方法，利用植物多酚作為功能性改性劑，通過植物多酚分子結構上的酚羥基與納米纖維素上的羥基形成多重氫鍵作用對納米纖維素進行改性。同時利用硼砂和多酚結構形成的動態苯硼酸酯鍵，以及硼砂和羥基之間形成的動態二醇硼酸酯鍵，構筑基于動態共價鍵作用的植物多酚納米纖維素自愈合水凝膠體系，該自愈合水凝膠具有良好的抗菌性能。

技術領域

本發明屬于生物質功能高分子復合材料領域，具體涉及一種植物多酚納米纖維素抗菌自愈合水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠是一種由高分子或大分子聚集體吸收大量水分，溶脹交聯而成的半固體，在水中能快速溶脹平衡，并能夠保持形狀和三維網絡結構不變的一種“軟材料”。自然界中生物體組織受損后, 能夠進行復雜而高效的自我修復，從而恢復受損的組織，模仿生物體的自修復過程而開發的新型材料即為備受關注的自愈合材料。作為一種智能材料, 自愈合凝膠在解決軟材料受損后自修復、延長材料的使用壽命以及凝膠-生物體組織之間的界面接口問題, 對實現凝膠材料智能化、安全化、高效化和環境友好化具有重要意義。

植物多酚是一類廣泛存在于植物中的多羥基酚類化合物，主要存在于植物的皮、根、木、葉和果中，常見的植物多酚有茶多酚、葡萄多酚、蘋果多酚，具有價格低廉、來源廣泛、生物相容性好等特點。植物多酚類化合物含有大量酚羥基和羰基活性官能團，具有高化學反應活性。由于其特殊的分子結構--大量疏水芳香環和親水酚羥基的存在，植物多酚具有清除自由基特性、消毒殺菌、抗氧化性等性質，還易與各種分子或基團形成氫鍵、靜電、疏水和π-π堆疊等多種相互作用，在功能材料領域應用廣泛。

纖維素是自然界最豐富的可再生高分子材料，纖維素經理化處理得到一種具有優異力學性能、質輕、高比表面積、可再生、可生物降解等特性的新型納米材料--納米纖維素。納米纖維素表面含有大量的羥基，可通過氫鍵作用力自組裝形成具有一定柔韌性的三維網絡結構的基體材料，如果進一步對納米纖維素結構進行改性，就可創制出具有優異功能的納米復合材料。自愈合水凝膠主要是通過動態建構化學設計具有動態交聯網絡結構的水凝膠來實現的。動態共價鍵是一類可逆的共價鍵，它們能在一定的環境條件（如溫度、pH 值、光或化學刺激）下打開并建立起原料與產物分子間的熱力學平衡反應。通過此熱力學平衡反應，產物分子的組成可以交換和重組，形成新的共價鍵。將動態共價鍵應用于聚合物凝膠的合成中，即可獲得兼具化學凝膠穩定性與物理凝膠可逆性的動態聚合物凝膠，其顯著的特點是自愈合性能。利用納米纖維素多羥基的性質，采用基于多重氫鍵作用的植物多酚對其進行修飾，同時利用硼砂和多酚結構形成的動態苯硼酸酯鍵，以及硼砂和羥基之間形成的動態二醇硼酸酯鍵，可構筑基于動態共價鍵作用的植物多酚納米纖維素自愈合水凝膠。同時該自愈合水凝膠具有良好的抗菌性能。該法工藝簡單，綠色環保，操作簡便，原料成本低廉易得，安全性高，可為制備性能優異的纖維素先進功能材料提供一種新的技術指導。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于動態共價鍵構建植物多酚納米纖維素抗菌自愈合水凝膠的制備方法。利用我國資源豐富的林產品--植物多酚作為功能性改性劑，通過植物多酚分子結構上的酚羥基與納米纖維素上的羥基形成多重氫鍵作用對納米纖維素進行改性。同時利用硼砂和多酚結構形成的動態苯硼酸酯鍵，以及硼砂和羥基之間形成的動態二醇硼酸酯鍵，構筑基于動態共價鍵作用的植物多酚納米纖維素自愈合水凝膠體系，該自愈合水凝膠具有良好的抗菌性能。與現有技術中常用的化學改性試劑相比，植物多酚來源于天然植物，資源豐富且價格低廉且無毒，同時該技術完全靠多重氫鍵結構所形成的物理交聯來改性納米纖維素，改性流程簡單易操作，避免傳統復雜的化學改性過程，所制備的自愈合水凝膠性能優異。本發明工藝簡單，綠色環保，操作簡便，原料成本低廉易得，安全性高，可以成為制備性能優異、低碳、生態的多功能生物質復合材料的一種新技術。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種植物多酚納米纖維素抗菌自愈合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：