[发明专利]一种植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法，利用植物多酚作为功能性改性剂，通过植物多酚分子结构上的酚羟基与纳米纤维素上的羟基形成多重氢键作用对纳米纤维素进行改性。同时利用硼砂和多酚结构形成的动态苯硼酸酯键，以及硼砂和羟基之间形成的动态二醇硼酸酯键，构筑基于动态共价键作用的植物多酚纳米纤维素自愈合水凝胶体系，该自愈合水凝胶具有良好的抗菌性能。

技术领域

本发明属于生物质功能高分子复合材料领域，具体涉及一种植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种由高分子或大分子聚集体吸收大量水分，溶胀交联而成的半固体，在水中能快速溶胀平衡，并能够保持形状和三维网络结构不变的一种“软材料”。自然界中生物体组织受损后, 能够进行复杂而高效的自我修复，从而恢复受损的组织，模仿生物体的自修复过程而开发的新型材料即为备受关注的自愈合材料。作为一种智能材料, 自愈合凝胶在解决软材料受损后自修复、延长材料的使用寿命以及凝胶-生物体组织之间的界面接口问题, 对实现凝胶材料智能化、安全化、高效化和环境友好化具有重要意义。

植物多酚是一类广泛存在于植物中的多羟基酚类化合物，主要存在于植物的皮、根、木、叶和果中，常见的植物多酚有茶多酚、葡萄多酚、苹果多酚，具有价格低廉、来源广泛、生物相容性好等特点。植物多酚类化合物含有大量酚羟基和羰基活性官能团，具有高化学反应活性。由于其特殊的分子结构--大量疏水芳香环和亲水酚羟基的存在，植物多酚具有清除自由基特性、消毒杀菌、抗氧化性等性质，还易与各种分子或基团形成氢键、静电、疏水和π-π堆叠等多种相互作用，在功能材料领域应用广泛。

纤维素是自然界最丰富的可再生高分子材料，纤维素经理化处理得到一种具有优异力学性能、质轻、高比表面积、可再生、可生物降解等特性的新型纳米材料--纳米纤维素。纳米纤维素表面含有大量的羟基，可通过氢键作用力自组装形成具有一定柔韧性的三维网络结构的基体材料，如果进一步对纳米纤维素结构进行改性，就可创制出具有优异功能的纳米复合材料。自愈合水凝胶主要是通过动态建构化学设计具有动态交联网络结构的水凝胶来实现的。动态共价键是一类可逆的共价键，它们能在一定的环境条件（如温度、pH 值、光或化学刺激）下打开并建立起原料与产物分子间的热力学平衡反应。通过此热力学平衡反应，产物分子的组成可以交换和重组，形成新的共价键。将动态共价键应用于聚合物凝胶的合成中，即可获得兼具化学凝胶稳定性与物理凝胶可逆性的动态聚合物凝胶，其显著的特点是自愈合性能。利用纳米纤维素多羟基的性质，采用基于多重氢键作用的植物多酚对其进行修饰，同时利用硼砂和多酚结构形成的动态苯硼酸酯键，以及硼砂和羟基之间形成的动态二醇硼酸酯键，可构筑基于动态共价键作用的植物多酚纳米纤维素自愈合水凝胶。同时该自愈合水凝胶具有良好的抗菌性能。该法工艺简单，绿色环保，操作简便，原料成本低廉易得，安全性高，可为制备性能优异的纤维素先进功能材料提供一种新的技术指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态共价键构建植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法。利用我国资源丰富的林产品--植物多酚作为功能性改性剂，通过植物多酚分子结构上的酚羟基与纳米纤维素上的羟基形成多重氢键作用对纳米纤维素进行改性。同时利用硼砂和多酚结构形成的动态苯硼酸酯键，以及硼砂和羟基之间形成的动态二醇硼酸酯键，构筑基于动态共价键作用的植物多酚纳米纤维素自愈合水凝胶体系，该自愈合水凝胶具有良好的抗菌性能。与现有技术中常用的化学改性试剂相比，植物多酚来源于天然植物，资源丰富且价格低廉且无毒，同时该技术完全靠多重氢键结构所形成的物理交联来改性纳米纤维素，改性流程简单易操作，避免传统复杂的化学改性过程，所制备的自愈合水凝胶性能优异。本发明工艺简单，绿色环保，操作简便，原料成本低廉易得，安全性高，可以成为制备性能优异、低碳、生态的多功能生物质复合材料的一种新技术。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：