[发明专利]一种自愈性发光有机水凝胶纤维的制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料领域，公开了一种自愈性发光有机水凝胶纤维的制备方法，本方法首先以羟乙基纤维素为原料，采用均相反应制备羟乙基羧甲基纤维素；然后以羟乙基羧甲基纤维素为第一网络，聚甲基丙烯酸为第二网络，碳载银纳米粒子为发光体，建立一种连续的水凝胶纤维纺丝工艺；采用铁离子双交联法增强羟乙基羧甲基纤维素/聚甲基丙烯酸复合双网络水凝胶，并用甘油代替水凝胶纤维中部分水，得到有机水凝胶纤维；最后将硼酸交联聚乙烯醇包覆在纤维表面，抑制应用过程中Fe³⁺的流失。本发明所得有机水凝胶纤维具有良好的自愈性、粘弹性和光响应性，优良的保水性和低温性能，在生物检测，智能传感，柔性可穿戴设备等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种自愈性发光有机水凝胶纤维的制备方法。

背景技术

水凝胶是一类包含大量水分的具有三维网络结构的高分子材料，在组织工程、药物控释载体、电子皮肤、软体机器人等领域具有重要的应用前景，近年来引起了研究人员的极大关注。但常规水凝胶的高含水量特性，导致其柔软易脆，机械强度低，对环境敏感，耐候性差，水的蒸发和冻结都会导致功能障碍，失去柔韧性，影响正常使用。

羧甲基纤维素(CMC)作为离子型聚合物在其电离时由于同种电荷的电离基团间的静电排斥，导致大分子链伸展，粘度上升，因此常用于食品增粘剂，但它的抗盐能力差，不适用于高盐溶液中。羟乙基纤维素(HEC)是一种水溶性的非离子型醚，它具有与广泛范围的水溶性聚合物、表面活性剂及盐的相容性和没有凝胶点也没有沉淀点的特性，以及其杰出的增稠、悬浮、分散和保失水等性能，因此HEC被广泛地用于医药卫生、食品、油田采油等领域。羟乙基羧甲基纤维素(HECMC)在纤维素分子链上同时含有羧甲基离子和羟乙基非离子的纤维素混合醚，它结合了CMC和HEC的优点，从而有广阔的应用前景。

碳量子点（CDs）自2004年发现以来，由于其优异的物理化学性质引起了人们的广泛关注。与传统的半导体量子点及有机染料相比，碳量子点不仅具有原料来源廉价、制备方法简单等特点，还具有低毒、生物相容性好、光学性质稳定、激发和发射波长可调以及表面易于功能化修饰等独特的优势，已经在光催化、生物成像、照明器件、荧光探针和生物传感等领域具有广泛的应用。

材料的自修复能力大致可分为两类，外援性自修复和本征自修复，外援性自修复是借助材料包裹的可修复单体或粘合剂来实现自修复，修复性能有限。所以我们逐渐将目光移向本征自修复材料。希望自修复材料能够通过自身的特殊作用自我修复自身受到的损伤。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自愈性发光有机水凝胶纤维的制备方法。本发明首先以羟乙基纤维素为原料，采用均相反应制备羟乙基羧甲基纤维素，纤维素分子链上同时含有羧甲基离子和羟乙基非离子，有大量的反应活性位点。然后以羟乙基羧甲基纤维素为第一网络，聚甲基丙烯酸为第二网络，碳载银纳米粒子为发光体，建立一种连续的水凝胶纤维纺丝工艺。采用铁离子双交联法增强羟乙基羧甲基纤维素/聚甲基丙烯酸复合双网络水凝胶，Fe³⁺与来自羟乙基羧甲基纤维素和聚甲基丙烯酸两种分子链上的羧基均发生离子交联，以形成相互贯穿的超分子网络，同时碳载银纳米粒子上丰富的羟基、氨基和羧基可以与水凝胶基体形成大量的氢键，可逆的金属离子配位键和氢键作用，赋予水凝胶良好的自修复性能。用甘油代替水凝胶纤维中的一部分水，得到有机水凝胶纤维，通过简单的一步溶剂替换，可极大地提高水凝胶的保水性和低温性能。最后将硼酸交联聚乙烯醇包覆在纤维表面，抑制应用过程中Fe³⁺的流失。本发明制备的有机水凝胶纤维不仅具有良好的自愈性、粘弹性和光响应性，还有优良的保水性和低温性能，有很高的实际应用价值。

本发明的具体技术方案为：一种自愈性发光有机水凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：