[發明專利]一種氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 202210753625.X
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115010959A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 鮑艷;郭茹月;鄭茜;張文博;劉超;祝茜
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L89/00;C08L5/08;C08K9/04;C08K3/14
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 郭瑤

本發明公開了一種氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠及其制備方法，主要制備過程為：以氨基改性MXene作為水凝膠的導電填料和增強劑、檸檬酸根作為交聯劑，通過一鍋法和鹽析過程制備氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠。該方法所制備的氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠具有優異的力學性能和導電性能，檸檬酸根作為交聯劑，通過與氨基基團間的離子交聯使得氨基改性MXene與明膠和殼聚糖分子鏈緊密結合，并均勻穩定地分布在水凝膠基體中，從而在外力作用下利用無機界面傳遞載荷，進而結合聚合物分子鏈的鹽析效應，產生物理增強的氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠；同時，氨基改性MXene和大量游離離子的存在使水凝膠具有良好的導電和傳感性能。

技術領域

本發明屬于智能型水凝膠制品和柔性電子技術領域，具體涉及一種氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠及其制備方法。

背景技術

導電水凝膠具有三維交聯網絡、優異的生物相容性和獨特的機械性能，其特殊的網絡結構和高親水性為大量水分子提供了容納空間(固定在聚合物鏈上的結合水和填充在聚合物鏈之間的自由水)，使導電水凝膠網絡結構和機械性能均可調控，近年來在人機界面、軟體機器人、可穿戴傳感器等方面取得了重大進展。目前，導電水凝膠常以石油加工品如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等為原料進行合成，這些水凝膠雖然具有良好的性能但難以進行降解，會對生態環境造成不可逆的污染和破壞。考慮到柔性電子產品在未來或將成為改變人類生活方式的必需品，因此，在構建高性能柔性電子產品時，必須注意原材料的綠色環保和可持續性，以實現柔性電子技術的可持續發展。

近年來，生物質資源作為一種極具潛力的可再生資源受到越來越多研究人員的青睞。目前，生物質資源占世界能源消耗的14％，是繼化石能源之后的另一大能源，但其利用率低、資源浪費嚴重。因此，生物質資源的開發和利用對實現可持續健康發展具有重要意義。生物質可再生資源(如明膠、殼聚糖、木質素、海藻酸鈉、淀粉等)具有來源廣泛，且生物相容性和生物可降解性能好的特點，以其替代石油加工品來制備生物質基導電水凝膠有望獲得具有優良的理化特性和生物學性質、較高的水滲透性及生物相容和可生物降解等的高性能水凝膠制品，并推動生物質資源在多功能水凝膠基柔性電子領域的開發和應用。然而，由于生物質材料的力學性能不佳，導致所制備水凝膠也存在著力學性能較差的問題，限制了其應用。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠及其制備方法，以解決生物質材料的力學性能不佳，導致生物質基水凝膠力學性能較差的問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

1)將MXene加入去離子水中，超聲分散均勻，加入改性劑和催化劑，攪拌至完全溶解，隨后升溫并進行保溫反應；反應結束后，將產物離心、洗滌、冷凍干燥，得到氨基改性MXene；

2)將殼聚糖加入去離子水中，滴加醋酸至殼聚糖完全溶解，獲得殼聚糖溶液；

3)將氨基改性MXene加入去離子水中，超聲分散均勻；加入明膠，攪拌至完全溶解；逐滴加入殼聚糖溶液，攪拌均勻，超聲，獲得氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠溶液；

4)將上述溶液轉移到模具中，靜置，獲得氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合預凝膠，隨后將復合預凝膠置于含有檸檬酸鹽、小分子多元醇和去離子水的混合溶液中，浸泡，獲得氨基改性MXene增強明膠/殼聚糖復合水凝膠。

優選地，步驟1)中，MXene、去離子水、改性劑和催化劑的質量比為(0.5～1.5)：25：(2.5～4.0)：0.02；

所述改性劑為絲氨酸、賴氨酸或精氨酸；