[發明專利]一種基于霍夫邁斯特效應的可大規模制備可降解明膠水凝膠纖維的濕法紡絲方法

有效

• 申請號: 202110992443.3
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113818095B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 游正偉;姜思涵;陳碩
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F4/00
• 分類號: D01F4/00;C08J3/075
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種基于霍夫邁斯特效應的可大規模制備可降解明膠水凝膠纖維的濕法紡絲方法。該方法包括：將明膠溶解于硝酸鈣水溶液中，攪拌，靜置，得到前體溶液，將前體溶液擠入(NH₄)₂SO₄水溶液中進行紡絲。該方法利用蛋白質鹽析機制實現了基于明膠的水凝膠的快速可控凝膠化，還利用離子的溶劑化作用來打破鏈間氫鍵，從而在室溫下進行加工；制備得到的高度可拉伸的水凝膠纖維表現出優異的彈性和生物降解性，這是現有導電纖維難以實現的。

技術領域

本發明屬于明膠水凝膠纖維的制備領域，特別涉及一種基于霍夫邁斯特效應的可大規模制備可降解明膠水凝膠纖維的濕法紡絲方法。

背景技術

在中國科學院與科睿唯安公司聯合發布的《2018研究前沿》報告中，“可拉伸材料和器件”被列為化學與材料科學領域第三大前沿熱點。纖維狀電子器件因其卓越的柔性，小型化潛力，變形適應性以及與傳統紡織工業的兼容性而成為新興可穿戴電子設備的研究熱點。另外，隨著電子設備更新換代速度加快，產生了大量電子垃圾，對環境產生了很大影響。因此，具有生物可降解性能的纖維基可拉伸電子器件將成為未來的發展方向。

目前已經報道的可拉伸導電纖維大多基于碳基或金屬基等電子導體，即將電子導電材料涂覆于纖維表面或摻雜在彈性纖維內部制備導電纖維。然而，剛性、不透明的電子導電材料往往會影響纖維的力學性能、透明性、生物降解性和拉伸狀態下導電率的穩定性。相比于電子導電纖維，水凝膠纖維具有優異的彈性和透明性。以水系離子遷移傳輸電流的特質能夠保證導電纖維在拉伸狀態下導電率的穩定性。另外，通過將甘油等溶劑置換到水凝膠體系中，可有效解決水凝膠低溫易結冰和易失水的問題，提高其應用性。2018年，中國科學技術大學馬明明教授課題組通過凝膠紡絲技術在室溫下由聚丙烯酸鈉(PAAS)溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過涂覆聚丙烯酸甲酯(PMA)防水層，形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維(MAPAH纖維)。2020年，東華大學武培怡教授團隊提出了一種基于鐵-檸檬酸氧化還原化學助力的連續拉伸紡絲工藝，利用丙烯酰胺/丙烯酸鈉共聚物(P(AAm-co-AA))的水/甘油混合溶液制備出可拉伸、抗凍且保水的水凝膠纖維。東華大學朱美芳院士團隊基于濕法紡絲技術，采用纖維素納米晶體(CNC)輔助濕紡制造水凝膠纖維的方法，制備了一系列功能性水凝膠纖維。2020年，游正偉教授課題組也發展了一種離子絡合和共價雜化交聯的雙網絡策略，實現了水凝膠纖維的濕法紡絲連續制備，并進行了可穿戴電子器件的初步應用驗證。總的來說，現階段水凝膠纖維的制備已實現連續制備，并通過甘油等混合溶劑的引入解決了水凝膠易失水、易結冰等問題。然而，遺憾的是，現有報道中常用的丙烯酸/酰胺類材料缺乏生物降解性能，并且現階段并沒有可降解水凝膠纖維的相關報道。

基于明膠的水凝膠纖維具有可降解性，然而明膠內部二級三螺旋結構的形成會導致其水溶液在室溫條件下發生自發且不可控的凝膠化，進而降低了明膠水凝膠的室溫加工性，也阻礙了其實現進一步應用。因此，尋找一種簡單的方法來制造基于明膠的水凝膠纖維，同時實現其性能最大化，這是對于開發基于纖維的可降解電子設備的迫切要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于霍夫邁斯特效應的可大規模制備可降解明膠水凝膠纖維的濕法紡絲方法，以克服現有技術中純明膠水溶液由室溫下凝膠化而引起的加工困難以及基于經化學改性后的明膠水凝膠可降解性低等缺陷。

本發明提供一種基于霍夫邁斯特效應的可大規模制備可降解明膠水凝膠纖維的濕法紡絲方法，包括：

將明膠溶解于硝酸鈣水溶液中，攪拌，靜置，得到前體溶液，將前體溶液擠入(NH₄)₂SO₄水溶液中進行紡絲，得到可降解明膠水凝膠纖維。

優選地，上述方法中，所述前體溶液中明膠質量濃度為10～50％，硝酸鈣質量濃度為3～8％。

優選地，上述方法中，所述(NH₄)₂SO₄水溶液中質量濃度為10～50％。