[發(fā)明專利]一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN112940295B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣剛彪;楊溢玫;王清文;胡甜;李珊珊
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L5/08;C08K3/08;C08K3/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發(fā)明公開了一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠及其制備方法與應用。本發(fā)明以水溶性羧甲基殼聚糖為骨架，通過引入氧化態(tài)醛基化殼聚糖和碳點銅形成三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和多重動態(tài)鍵，利用水激活親水性網(wǎng)絡并將原本收縮的物理纏繞微區(qū)逐漸打開，大大提高水凝膠網(wǎng)絡的流動性，從而賦予干態(tài)水凝膠被破壞后可以快速恢復的性能。所述綠色水凝膠可以實現(xiàn)室溫下凝膠的可回收和可重復使用性能，且不受脫水方式和破壞程度的影響，僅通過加水或飽和氯化鈉溶液即可實現(xiàn)將被破壞的脫水水凝膠激活到初始的完整水凝膠態(tài)。該水凝膠在組織工程、病變診斷、定點監(jiān)測與成像、裂縫修補、建筑涂料、能源可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域具有可觀的發(fā)展前景和潛在的應用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠及其制備方法與應用。

背景技術(shù)

水凝膠是一種三維網(wǎng)狀高分子材料，具有較高的含水量，優(yōu)異的流動性、親水性以及優(yōu)良的柔軟性和生物適應性等特點，在水處理，藥物控釋、生物醫(yī)藥、組織工程、家具涂料和智能傳感等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。然而，在存儲、運輸和使用過程中，水凝膠的水分易揮發(fā)、受到外力破壞后難以保持其完整性，這大大縮短了水凝膠的使用壽命，限制了其使用條件，阻礙了其廣泛應用。

近年來，高強度、高韌性、高保濕、抗脫水、自修復和自恢復等性能被用于提高水凝膠的環(huán)境耐受性，這在一定程度上延長了水凝膠的使用壽命，但仍然無法改變水凝膠受水分揮發(fā)和外力破壞的影響而喪失水凝膠的固有功能，從而無法長期使用。現(xiàn)有技術(shù)完全可以實現(xiàn)“濕態(tài)”(高含水的狀態(tài))水凝膠受到破壞后的愈合和恢復。然而隨著水分的逐漸失去，水凝膠的顯著優(yōu)點逐漸弱化并向“干態(tài)”(完全脫水狀態(tài))發(fā)生不可逆的性質(zhì)變化，這種基于濕態(tài)的愈合和恢復的能力就會明顯削弱甚至消失。此過程只能延緩不能避免。近些年來，研究人員也開始著手開發(fā)一些具有可回收性質(zhì)的自愈性能水凝膠，實現(xiàn)了已被破碎的水凝膠“干態(tài)”向“濕態(tài)”的轉(zhuǎn)變并且還自組裝成一個新的整體，然而現(xiàn)有的可循環(huán)回收的水凝膠需要在特定的條件下才可以實現(xiàn)，例如加酸、加堿、高壓或者高溫等條件，這種恢復的策略條件相對苛刻，能耗大，可能破壞凝膠原本的性質(zhì)，且增加了凝膠的使用成本。

所以基于以上需求，我們希望制備出一種在室溫下僅通過加水即可回收、重復使用的綠色水凝膠。其特點如下：1.水凝膠的“干態(tài)”和“濕態(tài)”兩種狀態(tài)可以相互循環(huán)轉(zhuǎn)換，即通過加水激活干態(tài)水凝膠完成“脫水-復水”過程；2.干態(tài)-濕態(tài)轉(zhuǎn)化的時候激活了水凝膠自愈性能，使得濕態(tài)的水凝膠尤其是經(jīng)過“脫水-復水”循環(huán)轉(zhuǎn)變的濕態(tài)水凝膠仍具有自愈和自恢復功能，從而使得被破壞的水凝膠形成一個整體。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠的制備方法。

本發(fā)明以天然來源的殼聚糖衍生物為載體基底，引入Cu²⁺螯合，同時添加氯化鈉溶液，制備可干態(tài)恢復水凝膠。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制得的一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠的應用。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種室溫下可回收、可重復使用的綠色水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)室溫及氮氣或惰性氣體保護下，將對醛基苯甲酸、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)依次加入到殼聚糖溶液中，反應，純化，得到醛基化殼聚糖(OCS)，將其分散于水中備用；

(2)將碳源物質(zhì)溶于水中，加入四乙烯五胺(TEPA)或乙二胺，水熱反應，得到碳點(CDs)溶液；

(3)將氯化銅水溶液加入到步驟(2)的碳點溶液中，加入氫氧化鈉并混合均勻，加入適量水并升溫到50～100℃，加入還原劑并反應5～10h，洗滌，干燥，得到碳點銅(CDs@Cu)顆粒，將其分散于水中備用；