[發明專利]一種液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010638327.7
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111647186B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 李潔;王晨;方兆舟;喬杰;韓晶;李迎春;王文生
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08J3/075;C08J3/24;C08L5/08;C08L5/04;C08K3/08;C08K5/1515;C08K5/053;G01B7/16
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴;李曉娟

本發明涉及導電水凝膠的制備領域，具體是一種液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備方法。在本發明中，以液態金屬為導電填料，并采用海藻酸鈉與生物相容性好的作為柔性網絡骨架的交聯殼聚糖季銨鹽進行協同響應構建導電高分子水凝膠，采用熱凝膠成型得到液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜。其中采用環氧氯丙烷化學交聯，丙三醇物理交聯，即采用物理化學交聯技術有機結合的方法得到作為水凝膠的柔性網絡骨架的交聯殼聚糖季銨鹽。本發明制備工藝簡便，成本低廉，制得水凝膠薄膜還具有自愈合與應變傳感性能，也為抗菌、自粘附、可拉伸、高靈敏的應變傳感導電水凝膠的構建提供了新思路。

技術領域

本發明涉及導電水凝膠的制備領域，具體是一種液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備方法，該水凝膠薄膜具有自愈合和應變傳感性能。

背景技術

水凝膠是一類具有親水性的三維網狀交聯結構的高分子材料，自然界本身就存在著水凝膠，現階段人們也可以通過化學方法合成水凝膠。水凝膠因其具備優異的吸水性、良好的力學強度和自愈合性，成為了很多領域的研究熱點。交聯殼聚糖季銨鹽正是這樣一種新型高分子材料，它由殼聚糖交聯制備而成，一般采用化學交聯法制備，與一般合成材料相比，具有低毒性、易降解性、良好的生物相容性和抗菌性等特點，被譽為低成本的環境友好型材料，在醫藥、化工等眾多領域中有著廣闊的應用前景。

液態金屬是一種不定型可流動的金屬，可看作由正離子流體和自由電子氣組合的混合物。鎵基液態金屬合金如共晶鎵銦和鎵銦錫低共熔合金是主要的室溫液態金屬合金，它們具有低熔點、高導電性、高導熱、低粘度、可忽略的低毒性等優異性質，暴露于空氣中能自發形成保護性氧化膜，該層氧化物薄膜不僅使液態金屬具有成型性，又能使其對非金屬材料具有良好的潤濕性。而且液態金屬在可拉伸電極、柔性機器人、人工肌肉以及可穿戴智能電子設備等新領域中具有非常可觀的應用前景。

作為一種新型的功能材料，導電水凝膠已經引起了廣泛的關注。雖然導電水凝膠已廣泛應用于軟傳感器、可穿戴電子設備、電子皮膚等領域，但也存在靈敏度低、可擴展性差、穩定性差等缺陷。導電水凝膠的結構設計是一個重點。其中，導電填料的選擇至關重要，主要的導電填料有導電聚合物、離子液體和導電納米材料，但這些導電填料存在的缺陷可能是生物相容性差、電導率低或者與水凝膠的機械不匹配性高。水凝膠材料的選擇也至關重要。因此通過在水凝膠材料中引入性能優異的導電填料并與凝膠網絡協同響應是構建導電高分子水凝膠，從而獲得可拉伸高靈敏水凝膠應變傳感器的一種新技術途徑。在此我們選用電導率更高、生物相容性好、可流動的液態金屬；在導電的前提下水凝膠材料也應具有一定的抑菌、自修復、可降解、光學透明等性能，本發明采用的交聯殼聚糖季銨鹽正是這樣一種優異的水凝膠骨架材料。因此，本發明對液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備及應變傳感性能研究具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備方法，為構建導電高分子水凝膠，從而獲得可拉伸高靈敏水凝膠應變傳感器等領域提供了一種技術。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備交聯殼聚糖季銨鹽混合液

將氫氧化鈉溶液滴入殼聚糖季銨鹽水溶液中并不斷攪拌至pH值到達10，加熱至70℃時，加入交聯劑環氧氯丙烷進行反應，反應期間不斷滴加氫氧化鈉溶液使反應體系的pH維持在10，恒溫反應4h后自然冷卻至室溫，用鹽酸溶液調至pH值為7，加入丙三醇，獲得交聯殼聚糖季銨鹽混合液；

(2)制備液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜

在海藻酸鈉水溶液中加入液態金屬以及交聯殼聚糖季銨鹽混合液，形成交聯殼聚糖季銨鹽/海藻酸鈉/液態金屬混合溶液；超聲處理得到灰黑色的混合前驅液；置于模具中，熱凝膠成型得到液態金屬/殼聚糖衍生物水凝膠薄膜。

作為本發明技術方案的進一步改進，在步驟(1)中，用鹽酸溶液調至pH值為7后進行透析，然后加入丙三醇。