[发明专利]一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用，将含有双硫键的有机化合物分子接枝在淀粉分子链上，以银纳米线作为导电纳米材料，通过双硫键与银纳米线之间结合形成S‑Ag键改善淀粉分子与导电纳米材料之间结合能力差的缺点，再与聚乙烯醇溶液和N‑异丙基丙烯酰胺单体混合，在交联剂和引发剂的作用下得到具有优异力学性能、导电性、自修复性和可回收性，同时具有快速和稳定的对应力/应变、温度的响应性和的智能复合凝胶材料。

技术领域

本发明属于多功能型水凝胶材料的制备技术领域，具体涉及一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，人工智能和柔性电子的发展推动了柔性传感器需求的快速增长，尤其是各类应用场景对传感器精准监测人体周围环境变化的需求越来越高，因此需要构建同时具备双重甚至多重刺激响应性的导电水凝胶。天然高分子材料（如淀粉、纤维素等）具有来源广泛、生物相容性好和可降解等优点，受到了人们的广泛关注，但基于天然高分子材料制备的水凝胶在发生较大形变时易破裂，使用寿命短、对外界刺激不敏感，检测范围有限且导电纳米材料在基体中难以均匀分散等问题限制了其使用范围。

因此，开发具有良好导电性、功能性和力学性能的复合水凝胶材料受到了广泛关注。公开号为CN114456405A的发明公开了一种适用于摩擦纳米发电机的淀粉基导电水凝胶的制备方法，用于纳米新能源领域；公告号为CN112066866B的发明公开了一种超快自愈的淀粉基水凝胶应变传感器及其制备方法，该淀粉基水凝胶应变传感器在柔性电子领域具有潜在的应用前景，但仍存在导电纳米难以均匀分散，从而影响导电水凝胶的力学性能和导电性能的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法及其应用，本发明针对淀粉分子链与导电纳米材料结合性能差、拉伸时易破裂且不具有智能性等缺点，使用双硫键改性淀粉分子链，以银纳米线和羧甲基纤维素钠修饰的聚吡咯作为导电纳米材料，和聚乙烯醇、N-异丙基丙烯酰胺通过一锅法制备改性淀粉基水凝胶传感器。本发明制备的改性淀粉基水凝胶材料的拉伸性和导电性良好，且具有温度敏感性、自愈性和可回收性，能够用于制备柔性传感器。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种多功能改性淀粉基水凝胶材料的制备方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1，将羧甲基纤维素钠于室温均匀分散在水中，再加入吡咯单体，于0℃搅拌分散均匀得到物料A；

步骤S2，将马铃薯淀粉于100~150℃均匀分散在N,N-二甲基乙酰胺中，待温度冷却至80~100℃，加入氯化锂搅拌得到物料B；

步骤S3：将N,N-羰基二咪唑与3-(2-吡啶二硫代)丙酸加入N,N-二甲基乙酰胺中搅拌混合均匀得到物料C；

步骤S4：将物料C加入到物料B中并于室温搅拌12~24h，通过乙醇/水溶液离心洗涤得到物料D；

步骤S5：将物料A、物料D、N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇溶液和银纳米线溶液于0~100℃搅拌1~3h得到物料E；

步骤S6：将交联剂四硼酸钠和引发剂过硫酸钾于90-100℃加入到物料E中并搅拌1~3h得到物料F；

步骤S7：将物料F置于玻璃模具中，冷却至室温，再于-24~0℃冷冻1~3h，最终得到目标产物温度敏感、可自愈、可回收的改性淀粉基水凝胶材料。

进一步优选，步骤S1中所述羧甲基纤维素钠的粘度为1000~1400mpa·s，羧甲基纤维素钠分散在水中浓度为0.005~0.010g/mL，吡咯单体分散在水中的浓度为0.005~0.015g/mL。

进一步优选，步骤S2中所述马铃薯淀粉和氯化锂的投料质量比为5:2。

进一步优选，步骤S3中所述N,N-羰基二咪唑与3-(2-吡啶二硫代)丙酸的投料质量比为5:7。

进一步优选，步骤S4中所述乙醇/水溶液中乙醇与水的体积比为1:1。