基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料制备，具体涉及一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶具有三维网状交联结构，是以水为分散质的高分子材料。水凝胶具有复杂的微观结构，致使现如今水凝胶在医疗药物载体、化妆品面膜、食品保鲜等多方面领域得到广泛应用。但是，由于传统水凝胶吸水性强，造成了力学强度低、化学稳定性差等问题；而且，传统自愈性水凝胶虽具有一定的自愈能力，但在一般情况下，自愈性水凝胶的修复是通过疏水相互作用、氢键、静电吸引等分子间作用力实现的(中国科学:技术科学,2012(42):859)，相互作用力弱且具有可逆性(高分子学报,2015(2):134)，因此存在修复效率低，时间长，修复强度不足的缺陷，使得水凝胶的发展受到桎梏。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶及其制备方法。本发明的技术方案完善了水凝胶的自修复和粘性性能，并且可以实现对马铃薯残渣的回收利用，具有十分出色的环保意义。

2、为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

4、将马铃薯皮粉末加入水中煮沸，获得的马铃薯皮混合溶液冷却后备用；

5、将壳聚糖粉末加入水中，搅拌形成壳聚糖悬浊液备用；

6、将所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液共同加入水中，并加入盐酸多巴胺(da)；之后使用碱性溶液调节ph＝7.5～8.5，搅拌均匀后，加入丙烯酰胺(am)、n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)、过硫酸铵(aps)和四甲基乙二胺(temed)，搅拌后倒入模具，静置使其完成聚合，得到所述水凝胶。

7、如图1所示，马铃薯皮混合溶液、壳聚糖悬浊液的制备均为预处理，最后一个步骤开始进行交联。其中，四甲基乙二胺(temed)溶液最后加入，在反应中它以加速剂的作用存在。丙烯酰胺(am)为反应单体，n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)作为交联剂存在，过硫酸铵(aps)为引发剂。

8、在制备过程中添加壳聚糖是为了形成三维网络结构，增强水凝胶的机械性能和韧性，同时获得所需的粘附性能。并且本发明中用壳聚糖悬浮液的形式加入，这样能进一步增加水凝胶内部网络的交联，增强综合性能，实现出色的内部多网络交联，从而赋予优异的自修复性能，本发明所制备的这款水凝胶表现出20s内即可实现99.9％的愈合，机械性能和粘附性能没有受到外界破坏的影响。同样也表现出更加出色的机械性能和抗压强度。

9、在本发明的一些优选实施方案中，将马铃薯皮粉末加入水中煮沸2～5分钟，以使表皮软化并去除表面杂质。

10、在本发明的一些优选实施方案中，所述马铃薯皮混合溶液中，马铃薯皮的质量浓度为0.1％～5％，例如2％。

11、在本发明的一些优选实施方案中，所述壳聚糖悬浊液中，壳聚糖的质量浓度为0.5％～5％，例如2％。

12、在本发明的一些优选实施方案中，所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液均于2～8℃冷藏备用，例如4℃冷藏备用。马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液均可以配置完成后直接使用，如不是短时间内使用的话，冷藏备用可维持溶液不变质。

13、在本发明的一些优选实施方案中，将所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液共同加入水中时，所述马铃薯皮和壳聚糖的质量比为1:(0.1～10)，例如1:0.5、1:1、1:10等。

14、在本发明的一些优选实施方案中，所述马铃薯皮粉末通过将马铃薯皮烘干、碾碎、筛分后获得；

15、所述烘干温度为60～80℃，例如70℃等，时间为10～12h；

16、为了使筛分结果更加优良，所述筛分优选使用130～190目的筛网进行，例如160目等。

17、在本发明的一些优选实施方案中，所述马铃薯皮和壳聚糖的加入量独立地为丙烯酰胺质量的0.06％～1.2％；

18、所述盐酸多巴胺的加入量为丙烯酰胺质量的0.8％～1％；

19、所述n,n-亚甲基双丙烯酰胺加入量为丙烯酰胺质量的0.5％～2％；

20、所述过硫酸铵加入量为丙烯酰胺质量的1％～20％；

21、四甲基乙二胺加入量为丙烯酰胺质量的0.001％～0.01％。

22、在本发明的一些优选实施方案中，加入丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和四甲基乙二胺后，在冰浴中搅拌1～3min，之后倒入模具。此处进行的交联聚合反应是放热反应，冰浴搅拌可以减缓反应速度，更加精确控制反应进度，充分交联。

23、在本发明的一些优选实施方案中，使用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节ph；优选使用氢氧化钠溶液调节ph＝7.5-8.5；氢氧化钠价格便宜，易于实验使用；所述氢氧化钠溶液的浓度常规任选即可，优选为1mol/l。

24、所配置的壳聚糖悬浮液为弱酸性，后续需要碱液来调节ph＝7.5-8.5。

25、调节ph值后搅拌选取在20～30min之间，根据实际均匀程度选取。

26、在本发明的一些优选实施方案中，所述壳聚糖悬浊液制备过程中，通过磁力搅拌2～3h。

27、本发明另一方面提供一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶，所述水凝胶由以上任一种制备方法获得。

28、本发明所制备的这款水凝胶具有广泛通用的粘附性，能够应用于很多物体上，例如有机、无机、金属材料和生物组织等，未来有望应用于化工、医学、日用品等方面。

29、本发明的有益效果包括：

30、(1)本发明水凝胶的制备应用马铃薯皮粉末，能够起到对马铃薯皮的回收作用，具有环保价值；对于水凝胶的生产来说，也有经济、便利的优势，降低了生产成本。

31、(2)本发明所制备的水凝胶具有很多技术优势，水凝胶的粘附性是由盐酸多巴胺、马铃薯皮溶液和壳聚糖悬浮液的含量来调整的，选取最优量以达到水凝胶的高粘附性能。

32、(3)本发明所制备的水凝胶的可修复性能也比传统水凝胶大大提高，可以做到在20s内即可实现99.9％的愈合，机械性能和粘附性能也没有受到外界破坏的影响。

33、(4)本发明的水凝胶还具有好的机械性能和长期使用的稳定表现。

34、(5)相比于其他同类型水凝胶，本发明的水凝胶具有更加出色的机械性能和抗压缩性能，这将会为强韧水凝胶的制备提供新的方向和思路。

技术特征：

1.一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述马铃薯皮混合溶液中，马铃薯皮的质量浓度为0.1％～5％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述壳聚糖悬浊液中，壳聚糖的质量浓度为0.5％～5％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液均于2～8℃冷藏备用。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液共同加入水中时，所述马铃薯皮和壳聚糖的质量比为1:(0.1～10)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述马铃薯皮粉末通过将马铃薯皮烘干、碾碎、筛分后获得；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述马铃薯皮和壳聚糖的加入量独立地为丙烯酰胺质量的0.06％～1.2％；

8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，加入丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和四甲基乙二胺后，在冰浴中搅拌1～3min，之后倒入模具。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，使用氢氧化钠溶液调节ph＝7.5～8.5。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述壳聚糖悬浊液制备过程中，通过磁力搅拌2～3h。

11.一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶，其中，所述水凝胶由权利要求1-10任一项所述的制备方法获得。

技术总结
本发明公开了一种基于马铃薯残渣的高粘性自修复水凝胶及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将马铃薯皮粉末加入水中煮沸，获得的马铃薯皮混合溶液冷却后备用；将壳聚糖粉末加入水中，搅拌形成壳聚糖悬浊液备用；将所述马铃薯皮混合溶液和壳聚糖悬浊液共同加入水中，并加入盐酸多巴胺；之后调节pH＝8，搅拌均匀后，加入丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和四甲基乙二胺，搅拌后倒入模具，静置使其完成聚合，得到所述水凝胶。所制备的水凝胶具有优异的机械性能、抗压缩强度、自修复性能以及高粘性，优于传统水凝胶材料，可进一步扩大水凝胶的使用范围，为制备新型强韧粘附水凝胶材料及强粘附胶带提供了新的思路和方向。

技术研发人员：李维军,管晴雯,胡杰涛,周瑞民,杨铭,李明
受保护的技术使用者：南京水凝科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15