一种自粘性的韧性银/木质素水凝胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种自粘性的韧性银/木质素水凝胶及其制备方法。


背景技术：

2.水凝胶是一种由水渗透三维网络结构的高分子聚合物，拥有固体和流体的特性。由于水凝胶与生物组织的相似性，因此被广泛应用于生物学领域，如组织工程、药物传递和生物研究。此外，由于水凝胶独特的柔性、响应性和润湿性，被研究用于各种设备机器，如传感器、驱动器和涂层等。水凝胶在应用过程中不仅与生物组织形成界面，而且还与电子器械设备形成界面。然而传统水凝胶机械性能差(撕裂能～100j/m2)、自粘性不足(不超过10kpa)，严重限制了水凝胶的应用范围。
3.木质素是植物在细胞壁形成过程中产生的一种芳香性生物高分子，是生物界中仅次于纤维素的第二大生物质资源。木质素来源于制浆造纸工业的副产品，因成本低廉往往被直接焚烧用于供能，利用率低。然而，木质素在材料领域的高值化利用还未受到广泛关注。虽然有研究将木质素应用于制备水凝胶，在一定程度上改善了水凝胶的机械性能，但是这些水凝胶自粘性依旧不足且聚合过程需要加热引发或者紫外线照射引发，不符合绿色化学理念。因此亟需开发一种无需光、热引发聚合且具有一定韧性和自粘性的木质素水凝胶来扩大水凝胶的应用范围。


技术实现要素：

4.解决的技术问题：为了改善传统水凝胶自粘性不足的缺点，本发明提供一种对环境友好且简便易行的自粘性的韧性银/木质素水凝胶及其制备方法。
5.技术方案：一种自粘性的韧性银/木质素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)在50～800转/分钟的搅拌情况下，将1～50份氨水滴加到200～800份硝酸银溶液中，形成银氨溶液，所述氨水的含氨量25wt.％～28wt.％，所述硝酸银溶液的浓度为5g/l～50g/l；(2)在速度为50～800转/分钟的搅拌情况下，将1～50份木质素溶液与1～50份银氨溶液共混，静置0.5～5小时形成木质素/银氨溶液，所述木质素溶液的浓度为10g/l～100g/l；(3)将10～100份含羧基化合物、200～600份单体、500～2000份木质素/银氨溶液、1～30份交联剂加入到500～2000份去离子水中混合，0～5℃下超声3～30分钟后加入5～30份引发剂，超声功率为50～500w，25℃下聚合1～10小时得到银/木质素水凝胶。
6.优选的，上述步骤(2)中木质素为分子量500～2000的碱木质素或者分子量100～1000的木质素磺酸钠。
7.优选的，上述步骤(3)中含羧基化合物为衣康酸、l-乳酸或酒石酸。
8.优选的，上述步骤(3)中单体为丙烯酸或者丙烯酰胺。
9.优选的，上述步骤(3)中交联剂为亚甲基双丙烯酰胺或者环氧氯丙烷。
10.优选的，上述步骤(3)中引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾。
11.上述制备方法制得的自粘性的韧性银/木质素水凝胶。
12.本发明利用木质素/ag

氧化还原催化体系，采用复配法在25℃下合成出一种环境友好、简单易行自粘性和韧性良好的银/木质素水凝胶。首先制备银氨溶液，然后将其与木质素溶液共混，得到具有木质/ag

氧化还原体系的木质素/银氨溶液；随后，将木质素/银氨溶液、含羧基化合物、单体、交联剂和引发剂加入去离子水中得到凝胶前驱液，25℃聚合制得具有自粘性的韧性银/木质素水凝胶，改善了传统水凝胶机械性能差、自粘性不足的问题，拓宽了水凝胶的应用。
13.有益效果：1、采用复配方法制备银/木质素水凝胶，制备过程简单易行；2、采用木质素/ag

氧化还原催化体系，25℃下即可凝胶，无需额外光、热引发，制备过程绿色环保；3、获得的银/木质素水凝胶具有优异的自粘性和韧性，如实施例1制备的银/木质素水凝胶拥有966j/m2的撕裂能、与铁片有35kpa的粘接强度；相比于传统水凝胶(撕裂能～100j/m2、与铁片粘接强度不超过10kpa)有更高的撕裂能和粘接强度，有利于改善目前水凝胶机械性能差、自粘性不足以及木质素高值化利用缺乏的问题。
附图说明
14.图1是本发明制备的水凝胶示意图。实验发现，未在凝胶前驱液中加入木质素/银氨溶液，25℃下不能凝胶；而在凝胶前驱液中加入木质素/银氨溶液后，25℃下即可凝胶，说明木质素/ag

氧化还原催化体系是25℃凝胶的重要前提条件。
15.图2是所制备的银/木质素水凝胶的扫描电镜图片，三维网络中出现了微纤维结构，这是银/木质素和聚合物链之间的相互作用引起的，有利于提高凝胶的机械性能。
16.图3是所制备的银/木质素水凝胶对不同材料的粘附示意图，表示银/木质素水凝胶对于多种材料均有粘附效果，表明了凝胶优异的自粘性。
17.图4是所制备的银/木质素水凝胶的拉伸示意图，表示凝胶良好的机械性能。
具体实施方式
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
19.实施例1：
20.在速度为100转/分钟的搅拌情况下将8份氨水(含氨25wt.％～28wt.％)滴加到600份硝酸银溶液(35g/l)中，形成银氨溶液；然后将在速度为180转/分钟的搅拌情况下，将5份分子量为532的碱木质素溶液(40g/l)与12份银氨溶液共混，静置2小时形成木质素/银氨溶液；最后，将50份酒石酸、500份丙烯酰胺、800份木质素/银氨溶液、2份亚甲基双丙烯酰胺加入到1000份去离子水中混合，0℃下超声10分钟后加入8份过硫酸铵，超声功率为100w，25℃下凝胶2小时得到银/木质素水凝胶。制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
21.实施例2：
22.在速度为80转/分钟的搅拌情况下将3份氨水(含氨25wt.％～28wt.％)滴加到500份硝酸银溶液(30g/l)中，形成银氨溶液；然后将在速度为200转/分钟的搅拌情况下，将12份分子量为900的碱木质素溶液(30g/l)与30份银氨溶液共混，静置1小时形成木质素/银氨
溶液；最后，将10份衣康酸、600份丙烯酸、700份木质素/银氨溶液、3份亚甲基双丙烯酰胺加入到1200份去离子水中混合，2℃下超声15分钟后加入12份过硫酸铵，超声功率为120w，25℃下凝胶5小时得到银/木质素水凝胶。制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
23.实施例3：
24.将60份l-乳酸、450份丙烯酸、1000份木质素/银氨溶液、3份环氧氯丙烷加入到1200份去离子水中混合，1℃下超声20分钟后加入10份过硫酸钾，超声功率为80w，25℃下凝胶4小时得到银/木质素水凝胶。其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
25.实施例4：
26.将30份衣康酸、600份丙烯酰胺、650份木质素/银氨溶液、3份亚甲基双丙烯酰胺加入到1100份去离子水中混合，0℃下超声10分钟后加入7份过硫酸钾，超声功率为200w，25℃下聚合7小时得到银/木质素水凝胶。其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
27.实施例5：
28.将5份分子量为530的木质素磺酸钠溶液(60g/l)与7份银氨溶液共混，静置2小时形成木质素/银氨溶液；最后，将80份l-乳酸、500份丙烯酸、750份木质素/银氨溶液、4份环氧氯丙烷加入到900份去离子水中混合，0℃下超声20分钟后加入9份过硫酸铵，超声功率为250w，25℃下凝胶10小时得到银/木质素水凝胶。其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
29.实施例6：
30.将90份酒石酸、600份丙烯酸、1200份木质素/银氨溶液、4份亚甲基双丙烯酰胺加入到1400份去离子水中混合，2℃下超声20分钟后加入18份过硫酸铵，超声功率为160w，25℃下凝胶8小时得到银/木质素水凝胶。其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
31.比较例1：
32.不加引发剂，其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶结果见表1。
33.比较例2：
34.不加木质素/银氨溶液，其他配方及工艺与实施例1相同，制备得到的银/木质素水凝胶结果见表1。
35.比较例3：
36.将10份酒石酸、550份丙烯酸、900份木质素/银氨溶液、3份环氧氯丙烷加入到1600份去离子水中混合，5℃下超声10分钟后加入14份过硫酸铵，超声功率为300w，25℃下凝胶7小时得到银/木质素水凝胶，其他配方及工艺与实施例1相同。制备得到的银/木质素水凝胶撕裂能、与铁片粘接强度结果见表1。
37.表1：银/木质素水凝胶性能测试结果
[0038] 凝胶情况撕裂能(j/m2)粘接强度(kpa)实施例1正常凝胶96635
实施例2正常凝胶53818实施例3正常凝胶93233实施例4正常凝胶87322实施例5正常凝胶90934实施例6正常凝胶82731比较例1不凝胶
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比较例2不凝胶
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比较例3正常凝胶52013
[0039]
上述撕裂能、粘接强度测定是采用万能试验拉力机(深圳三思实验设备有限公司)。参照标准，传统水凝胶撕裂能～100j/m2，与铁片粘接强度不超过10kpa。