[发明专利]一种利用酿酒葡萄残渣制备瓜尔胶水凝胶的方法

说明书

本发明利用牛磺酸/氯化胆碱型低共熔溶剂提取酿酒葡萄残渣中的纤维素纳米晶，并通过原位聚合引发丙烯酸单体接枝在瓜尔胶上，以铁离子为配位修复剂，复合提取的纤维素纳米晶，制备纤维素纳米晶复合的瓜尔胶基自修复纳米复合水凝胶，通过脱除水凝胶未反应的小分子，至于模具中成型制备自修复纳米复合水凝胶。利用动态力学分析仪、光学显微镜等测试方法表征水凝胶的自修复性能。

技术领域

本发明涉及利用牛磺酸/氯化胆碱型低共熔溶剂提取酿酒葡萄残渣中的纤维素纳米晶，并通过原位聚合引发丙烯酸单体接枝在瓜尔胶上，以铁离子为配位修复剂，复合提取的纤维素纳米晶，制备纤维素纳米晶复合的瓜尔胶基自修复纳米复合水凝胶，属于功能高分子领域。

背景技术

水凝胶材料在生物医学和制药行业有大量的应用，主要包含对机械性能要求较低的组织生物工程材料的支架，药物和基因的传递载体，以及软组织的替代品等应用。水凝胶的机械强度和可靠性是其应用的关键因素。自愈能力可以通过对水凝胶网络的重新构造大大提高受损或缺陷后水凝胶的可靠性。纳米复合自修复水凝胶是在水凝胶的制备过程中引入了纳米颗粒作为交联剂形成稳定的网络结构，故这种纳米复合水凝胶具有优秀的机械性能，并且在受到外力损伤后，具有自我修复能力。

在过去的几十年中，纳米复合自修复水凝胶的研究主要集中在一些普通的纳米复合物，如碳纳米管、二氧化硅纳米粒子（SiO₂）、纤维素纳米晶等。作为一类重要的潜在的碳中和以及可再生能源，纤维素纳米晶（CNCs）是由纤维素纤维的非晶态和对晶态区域的酸水解产生的直径为5-30 nm的高结晶度的棒状纳米级晶体。纤维素纳米晶体（CNCs）具有许多独特的性质，包括重量轻，比表面积大，热膨胀系数低和机械强度高等。另外纤维素纳米晶（CNCs）还具有可修饰的表面特性以及良好的生物降解性和生物相容性。因此，纤维素纳米晶（CNCs）被广泛应用于光学和电子设备，复合材料中的增强材料和填充物，分子生物学和再生医学等领域。在进一步的发展中，通过CNCs改善自修复水凝胶性能的课题吸引了研究人员的注意。

在水凝胶的应用中，尽管传统水凝胶表现出卓越的性能，但是以石油加工品为原料合成的水凝胶大多有着难进行物降解的缺点，而生物质可再生资源如纤维素、甲壳素、壳聚糖、淀粉、蛋白质等来源广泛且具有良好的生物可降解性能，因此，这些可再生的天然高分子原料可替代石油加工品来制备新型生物质水凝胶，这个思路也受到了科学界的广泛关注。为了开发这种新型生物质水凝胶，我们尝试了一种“智能”天然存在的多糖-瓜尔胶。瓜耳胶（GG）是一种重要的天然存在的多糖，是从cyamopsis tetragonalobus植物的种子中提取的。由于其无毒、可降解和生物活性强等特点，它已用于增稠剂、品质改良剂等许多领域。近几年，瓜尔胶在水凝胶方面的应用也深受科研人员的关注。

本专利首先通过低共熔溶剂提取制备纤维素纳米晶，并与瓜尔胶、丙烯酸、去离子水、六水合氯化铁合混合形成溶液，在一定温度，合适转速下反应一段时间，过硫酸钾引发丙烯酸单体接枝在瓜尔胶上，纤维素纳米晶进行复合，制备出性能优异的自修复水凝胶。该方法为自修复水凝胶材料的制备提供了一种新思路，将会有很好的应用前景。

发明内容

本发明专利的目的在于提供利用氯化胆碱/牛磺酸型低共熔溶剂提取葡萄残渣中的CNCs，并原位复合制备纤维素纳米晶参与的瓜尔胶基自修复纳米复合水凝胶的方法，

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，

（1）利用酸性低共熔溶剂提取酿酒葡萄残渣中的纤维素纳米晶，首先，按照常规方法脱除葡萄残渣中的色素、木质素、半纤维素后提取纤维素，然后利用酸性低共熔溶剂提取纤维素纳米晶，将氯化胆碱、牛磺酸、提取的纤维素在合适温度，一定转速下反应一段时间，充分洗涤后制备表面功能化的纤维素纳米晶。其中，按质量比，氯化胆碱：牛磺酸：纤维素= 0.1~1：0.1~1：0.02~0.2；

所述反应温度：60~160摄氏度；

所述转速：500~1200转/分；