[发明专利]一种纤维素基离子液体自修复凝胶的合成方法

说明书

一种纤维素基离子液体自修复凝胶的合成方法，涉及凝胶材料。制备纳米纤维素溶液；制备氧化石墨烯分散液；制备纤维素基离子液体自修复凝胶。以纤维素为原料，离子液体为反应介质，并通过氢键作用和离子键之间的相互作用实现了材料的自修复性能，合成了一种纤维素基离子液体自修复凝胶。材料的制备过程无需高温煅烧和复杂的环境条件，解决了一些材料容易磨损的问题，材料无需外界刺激便能自我修复，实现了纤维素的高值化利用，可满足开发可再生资源、发展循环经济、走可持续发展道路的要求，具有显著的经济效益、社会效益和环境意义。

技术领域

本发明涉及凝胶材料，尤其是涉及一种纤维素基离子液体自修复凝胶的合成方法。

背景技术

近年来，自修复凝胶受到全世界广泛的关注^[1,2]，因为其具有优异的内在愈合能力，在被破坏后能够实现自我修复^[3]，这为延长水凝胶材料寿命提供了实质性的益处。此外，由于凝胶系统的多功能性，它广泛用于许多领域，如生物医学^[4,5]、软电子设备^[6,7]、传感器^[8]和致动器^[9,10]。到目前为止，自愈合凝胶的制备主要基于动态化学键，包括动态共价键^[11-13]和非共价键^[14-17]。基于非共价键的自修复材料主要包含离子键^[18]、氢键^[19]、二硫键^[20]以及静电相互作用^[15,21]和范德华相互作用^[22]，这些已经成为制备自修复水凝胶^[23]的常用方法。此外，共价的交联网络与非共价交联网络^[24-26]相比，非共价交联网络对外部环境更敏感并且更容易返回其原始状态。近年来，基于非共价键的自修复聚合物材料因其简单的合成条件和高修复效率而受到广泛关注。氢键是一种典型的非共价键，因其能为目标材料增加热塑性和功能且被认为是一种非常强大且有用的工具。此外，氢键因其具有可逆性而成为最备受关注的化学键之一。虽然氢键的化学家比共价键弱，但是强于范德瓦尔斯键^[27]，目前，它已被广泛用于制备多种自修复材料^[28,29]。

纤维素是一种丰富的多糖，由β(1-4)连接的d-葡萄糖单元组成^[30]。纤维素具有非凡的机械性能和可持续性使其成为最有前途的生物质材料之一。纤维素表面上丰富的羟基基团有利于氢键的形成，这使纤维素链以高度有序的结构组装，导致其具有优异的机械性能^[31]。此外，纤维素上存在的大量羟基使其能与亲水性聚合物相容，并用作机械增强剂^[32-35]。例如，具有独特性质的纤维素衍生物纳米纤维素(高表面积，高强度，生物降解性等^[36,37])经常用作增强剂以改善聚合物水凝胶的机械强度和稳定性^[38-40]。2014年，等人^[41]研究了纳米微纤化纤维在聚乙二醇-硼砂水凝胶中的增强作用，并观察了聚乙二醇-硼砂交联体系的非牛顿行为和流动性质的改善。

作为室温下的熔盐、离子液体(ILs)已广泛用于许多研究领域，含有电解质的离子液体凝胶具有较强拉伸能力、较高的透明度和生物相容性等的独特性质^[42-44]。通常，在环境中含有潮解性盐和水的离子液体凝凝胶显示出较低的相对湿度^[45]，即使在真空中它们也是非挥发性的^[46]。此外，ILs不仅用作溶剂(溶解各种聚合物)，而且还用作交联剂，使聚合物形成类似于物理凝胶的网络结构以及增强机聚合物的械强度^[47]。此外，发现由于阳离子和阴离子之间的静电相互作用，聚合物中的离子有利于自我修复过程，从而产生在聚合物离子网络中具有自愈合行为^[48-50]。因此探索一种高新型的纤维素基自修复复合材料成为一种必然趋势。

参考文献: