[发明专利]一种增强型电沉积壳聚糖水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型电沉积壳聚糖水凝胶及其制备方法，首先在酸性条件下溶解壳聚糖并加入适量双氧水并混合均匀，得到壳聚糖溶液；配置一定浓度的十二烷基硫酸钠水溶液，并调节pH；预处理阴极电极：选择钢材、炭材料、锌材料或钛材料等作为阴极，先在阴极材料表面涂覆壳聚糖薄层，然后将阴极材料浸入SDS溶液中进行静电交联，交联完成后用去离子水洗去表面残留的SDS获得预处理的阴极电极；用铂材料作为阳极，上述预处理的阴极电极作为阴极，上述壳聚糖溶液作为电解质，电沉积得到增强型壳聚糖水凝胶。获得的水凝胶与传统电沉积水凝胶相比，力学强度显著提高，并且，通过控制SDS交联膜的交联时间，可以实现对沉积凝胶含水量和模量的精准控制。

技术领域

本发明属于环境化学及天然高分子领域，涉及一种壳聚糖水凝胶的制备技术，具体涉及一种增强型电沉积壳聚糖水凝胶及其制备方法。

背景技术

自然界中含有丰富的甲壳素资源，通过脱乙酰处理即可得到壳聚糖，壳聚糖来源广泛且具有良好的生物相容性、生物可降解性、抗菌性、聚阳离子电解质性和多功能基团反应活性等，在环境治理、食品、生物医药和组织工程等领域具有重要的应用。电沉积法是制备壳聚糖水凝胶的一种优越的方法，将壳聚糖的酸碱响应性应用到电化学过程中，使其具有特殊的电响应性。通过电极形状调整其长度尺寸，沉积时间精准调控其厚度尺寸，沉积形成凝胶的效率高、时间短。并且沉积水凝胶平整柔软，透光性良好，力学强度较高，具有较好的应用前景。

传统的电沉积壳聚糖方法，以壳聚糖溶液为电解质，通常为直接在阴极表面沉积，在适中的电流大小下，沉积出的壳聚糖水凝胶具有最佳的力学强度，随着沉积壳聚糖溶液浓度提高，水凝胶拉伸模量提高，但由于高浓度壳聚糖对电沉积过程的不利影响，壳聚糖浓度一般不超过2％，这也限制了电沉积壳聚糖水凝胶强度的进一步提升，水凝胶含固量不能进一步提高。有限的弹性模量限制了电沉积壳聚糖水凝胶在一些较高载荷情景下的应用。因此，提高电沉积水凝胶强度上限，提高电沉积过程对水凝胶含估量的控制范围，对壳聚糖电沉积领域具有重要意义。

发明内容

为了进一步提高电沉积壳聚糖水凝胶的湿强度，本发明目的是提供一种创新性的壳聚糖电沉积方法，以获得更高强度的壳聚糖水凝胶。

本发明制备增强型电沉积壳聚糖水凝胶的原理如下：

首先将壳聚糖粉末倒入去离子水中，调节pH至弱酸性，搅拌一段时间得到壳聚糖溶液，加入双氧水并混合均匀；使用去离子水配置一定浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液，并调节pH；预处理阴极电极：选择钢材、炭材料、锌材料或钛材料等导电材料作为阴极，先在阴极材料表面涂覆一层壳聚糖溶液或凝胶薄层，然后将阴极材料浸入SDS溶液中进行静电交联，交联完成后用去离子水洗去残留的SDS及获得预处理的阴极电极；用铂丝或铂片作为阳极，对壳聚糖溶液电沉积，沉积的电流密度为0.8-5.5A/m²，将沉积好的凝胶薄膜从阴极剥离下来，得到增强的壳聚糖水凝胶。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种增强型电沉积壳聚糖水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备壳聚糖溶液：在酸性条件下溶解壳聚糖以获得壳聚糖溶液A；

(2)向壳聚糖溶液A中加入双氧水并混合均匀，得到壳聚糖溶液B；

(3)将十二烷基硫酸钠溶于水中，配置一定浓度的SDS溶液，并调节SDS溶液pH为弱碱性、中性或者酸性；

(4)预处理阴极电极：在阴极材料表面涂覆或沉积一层壳聚糖溶液薄层或凝胶薄层，然后将阴极材料浸入步骤(3)所述SDS溶液中进行静电交联，交联完成后用去离子水洗涤去电极表面残留的SDS即获得预处理的阴极电极；

(5)用铂材料作为阳极，阴极采用步骤(4)所述预处理的阴极电极，步骤(2)所述壳聚糖溶液B为电解液，电沉积得到增强型电沉积壳聚糖水凝胶。