[發明專利]一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠纖維的制備方法

有效

• 申請號: 202011040734.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112195528B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 萬軍民;武慧;帥盧屹崢;彭志勤;王秉
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: D01F6/52
• 分類號: D01F6/52;D01F1/09;C08H1/00;C08B15/02;C08F299/02
• 代理公司: 浙江永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 蔡鼎

本發明涉及高分子材料領域，公開了一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠纖維的制備方法，本發明以絲素蛋白為原料，烯丙基縮水甘油醚為改性劑，在堿性條件下絲素蛋白與烯丙基縮水甘油醚發生親核取代反應，形成具有反應性的烯丙基絲素蛋白，然后以聚乙二醇甲基丙烯酸酯為溫度敏感性單體，石墨烯為導電材料，納米纖維素為增強相，得到了一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠。本發明制備的水凝膠纖維不僅具有良好的導電性、溫度敏感性，還有優異的機械性能，可用于醫療發熱檢測、智能可穿戴設備人體熱數據監控分析，熱源性器件發熱檢測等領域。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，尤其涉及一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠纖維的制備方法。

背景技術

在眾多智能響應型水凝膠中，溫度敏感型水凝膠是最為重要且研究最為廣泛的一種。此類水凝膠在環境溫度發生改變時，可以通過改變自身結構而改變其性質，如溶脹度，透光率等。聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）是研究最為廣泛的一種用于制備溫度敏感型水凝膠的合成類高分子，但PNIPAAm類水凝膠的溫敏性一般是不可逆的，且其合成過程中通常需要加入有毒的化學交聯劑，另外NIPAAm單體還具有致畸性和致癌等缺點，因此限制了其在生物醫藥領域的應用。近年來研究學者們發現，將具有一定長度的低聚乙二醇鏈作為側鏈引入聚合物主鏈可以獲得具有溫度敏感性的非線性聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）類大分子，此類大分子不僅具有溫度敏感性，而且這種敏感性還是可逆的，另外還具有PEG親水性和生物相容性的特點，因此成為代替PNIPAAm制備溫敏性材料的理想單體。

納米纖維素是直徑小于100 nm的生物質材料，是典型的高分子納米材料。與普通纖維素相比，納米纖維素具有纖維素和納米材料的特性，即大比表面積、高結晶度、超細結構、良好的親水性、生物可降解以及優異的力學性能。納米纖維素原料來源廣泛、儲量豐富。基于其原料來源、制備方法及纖維形態差異，納米纖維素可分為纖維素納米晶、纖維素納米纖維、細菌納米纖維素等三大類。基于納米纖維素的復合材料在制漿造紙、儲能器件、電磁屏蔽、組織工程、生物醫藥等領域具有潛在的應用前景。

石墨烯是一類新的碳二維納米輕質材料，具有獨特的單原子層二維晶體結構，大量的研究結果表明，石墨烯具有已知材料最高的強度，大的比表面積，優異的導電性和導熱性等優良的性質，這些優異的性質也決定了它在諸如復合材料、電子器件、太陽能等諸多領域有著廣闊的應用前景。

絲素蛋白（ASF）是蠶絲纖維的主要成分，ASF中含有特有的精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸RGD序列，RGD序列可與哺乳動物細胞產生特異相互作用，可與11種整合素特異性結合，有利于細胞黏附和生長，具有其他蛋白質所不可比擬的生物親和性。目前，以ASF制成的生物醫用和組織工程材料如凝膠材料、納米纖維膜、支架和薄膜材料等已經得到廣泛的研究。但是，由于ASF再生的過程中溶劑對其大分子結構以及結晶結構的破壞，獨立制成的材料缺乏一定的力學強度和機械穩定性，難以形成特定形狀的材料；而且ASF大分子肽鏈上缺乏一定的活性位點，與高分子聚合物復合相容性較差，嚴重影響其實際使用性能，限制其作為生物醫用材料的發展。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠纖維的制備方法，本發明首先以絲素蛋白為原料，烯丙基縮水甘油醚為改性劑，利用烯丙基縮水甘油醚的環氧基團與絲素蛋白上大量的氨基發生反應，從而將雙鍵引入到絲素蛋白主鏈上，形成具有反應性的烯丙基絲素蛋白，使絲素蛋白大分子肽鏈上增加便于反應的活性位點，為其與烯丙基單體共聚提供有利條件。然后以聚乙二醇甲基丙烯酸酯為溫度敏感性單體，石墨烯為導電材料，納米纖維素為增強相，在不使用交聯劑的情況下，烯丙基絲素蛋白和聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚復合，最終得到了一種綜合力學性能良好的納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠。

本發明的具體技術方案為：一種納米纖維素增強的溫敏性導電水凝膠纖維的制備方法，包括以下步驟：