一种利用木质素改性水凝胶的方法

本发明属于水凝胶，具体地说，涉及一种利用木质素改性水凝胶的方法。

背景技术：

1、近年来，随着人工智能的发展，用于生物医学和人体活动监测的柔性可穿戴设备越来越受到人们的关注。水凝胶是一种三维网络亲水材料，由于其与天然软组织相似，具有可拉伸性，又由于其可形成离子传输通道，因此水凝胶成为柔性传感器的理想候选材料之一。

2、作为柔性传感器的潜在材料，水凝胶不仅需要具有导电性，还需要足够的机械强度、生物相容性、透明度和粘附性，以满足各种使用场景。木质素是一种天然的芳香族聚合物，具有良好的生物相容性、抗氧化性和紫外线吸收性，是制备多功能水凝胶的理想材料。但木质素因为极性的差异，与水凝胶基质的结合不佳，影响水凝胶的综合性能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种利用木质素改性水凝胶的方法。

2、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、木质素含有丰富的官能团（羟基和羧基）和化学活性位点（芳香环的c3和c5位置），可以考虑通过化学修饰提高木质素在水凝胶中的利用效果。本发明采用高效的氯化钙(cacl2)-过氧化氢(h2o2)引发体系合成聚丙烯酸接枝改性木质素(lpaa)，以改善木质素的水溶性和与水凝胶基质的相互作用。采用“一锅法”将lpaa引入丙烯酰胺(am)/氯化钠(nacl)水溶液中，制备了均匀的pam-lpaa导电水凝胶。具体的：

4、一种利用木质素改性水凝胶的方法，首先利用氯化钙-过氧化氢引发体系，将丙烯酸和木质素合成为聚丙烯酸接枝改性木质素，然后将所述的聚丙烯酸接枝改性木质素引入到水凝胶体系中，即为改性完成。

5、进一步地，聚丙烯酸接枝改性木质素的合成方法为：将木质素、无水氯化钙溶解在n, n-二甲基甲酰胺(dmf)中，然后向其中加入双氧水和丙烯酸，在35~85℃下反应5~24小时，反应结束后冷却，提取、过滤、提纯后得到聚丙烯酸接枝改性木质素。

6、进一步地，所述的木质素为酶解木质素。

7、更进一步地，所述的提纯的方法为：将过滤后的沉淀溶解在水中，透析12~48小时以除去未反应物和均聚物。

8、更进一步地，所述的双氧水的浓度为25~50%，无水氯化钙与双氧水的用量比为0.1~0.2g : 1ml。

9、更进一步地，木质素与丙烯酸的质量比为1 : 4~12。

10、进一步地，采用自由基聚合法将聚丙烯酸接枝改性木质素引入到水凝胶体系中。

11、进一步地，将丙烯酰胺和聚丙烯酸接枝改性木质素溶于水中，超声使其混合均匀，加入n, n-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾和氯化钠，超声后将混合物倒入模具中，置于30~65℃下反应4~8h，得到木质素改性水凝胶。

12、更进一步地，丙烯酰胺和聚丙烯酸接枝改性木质素的质量比为100 : 1~5。

13、更进一步地，n, n-亚甲基双丙烯酰胺的质量为丙烯酰胺的0.02~0.06%，过硫酸钾的质量为丙烯酰胺的2~5%，氯化钠的质量为丙烯酰胺的10~15%，水的质量为丙烯酰胺的3~5倍。

14、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

15、本发明的利用木质素改性水凝胶的方法，不仅提高了水凝胶的力学强度，而且所得水凝胶具有稳定的导电性，使得水凝胶适合用于对人体运动具有高灵敏度的应变传感器，在可穿戴设备、电子皮肤等领域有着巨大的应用前景。

技术特征：

1.一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，首先利用氯化钙-过氧化氢引发体系，将丙烯酸和木质素合成为聚丙烯酸接枝改性木质素，然后将所述的聚丙烯酸接枝改性木质素引入到水凝胶体系中即可。

2.根据权利要求1所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，聚丙烯酸接枝改性木质素的合成方法为：将木质素、无水氯化钙溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，然后向其中加入双氧水和丙烯酸，在35~85℃下反应5~24小时，反应结束后冷却，提取、过滤、提纯后得到聚丙烯酸接枝改性木质素。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，所述的木质素为酶解木质素。

4.根据权利要求2所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，所述的提纯的方法为：将过滤后的沉淀溶解在水中，透析12~48小时以除去未反应物和均聚物。

5. 根据权利要求2所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，所述的双氧水的浓度为25~50%，无水氯化钙与双氧水的用量比为0.1~0.2g : 1ml。

6. 根据权利要求2所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，木质素与丙烯酸的质量比为1 : 4~12。

7.根据权利要求1所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，采用自由基聚合法将聚丙烯酸接枝改性木质素引入到水凝胶体系中。

8. 根据权利要求1或7所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，将丙烯酰胺和聚丙烯酸接枝改性木质素溶于水中，超声使其混合均匀，加入n, n-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾和氯化钠，超声后将混合物倒入模具中，置于30~65℃下反应4~8h，得到木质素改性水凝胶。

9. 根据权利要求8所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，丙烯酰胺和聚丙烯酸接枝改性木质素的质量比为100 : 1~5。

10.根据权利要求8所述的一种利用木质素改性水凝胶的方法，其特征在于，n,n-亚甲基双丙烯酰胺的质量为丙烯酰胺的0.02~0.06%，过硫酸钾的质量为丙烯酰胺的2~5%，氯化钠的质量为丙烯酰胺的10~15%，水的质量为丙烯酰胺的3~5倍。

技术总结
本发明公开了一种利用木质素改性水凝胶的方法，属于水凝胶技术领域。本发明首先利用氯化钙‑过氧化氢引发体系，将丙烯酸和木质素合成为聚丙烯酸接枝改性木质素，然后将所述的聚丙烯酸接枝改性木质素引入到水凝胶体系中即可。本发明的利用木质素改性水凝胶的方法，不仅保持了水凝胶的透明度，而且所得水凝胶具有稳定的导电性，使得水凝胶适合用于对人体运动具有高灵敏度的应变传感器，在可穿戴设备、电子皮肤等领域有着巨大的应用前景。

技术研发人员：张宸睿,陈静,罗艳龙,李本刚,罗振扬
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16