[发明专利]基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶及其制备方法和应用

说明书

基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶及其制备方法和应用，制备步骤为：将氯化胆碱与咪唑/尿素/草酸/乳酸混合，然后加热搅拌直至得到澄清的溶液，冷冻干燥后得到低共熔溶剂；取干燥半纤维素与上述低共熔溶剂混合，加热搅拌溶解，得到半纤维素‑低共熔溶剂混合液；将单体、交联剂和光引发剂混合，上述半纤维素‑低共熔溶剂混合液充分混合均匀后倒入石英培养皿中，经过紫外光引发聚合得到基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶。本发明涉及的低共熔溶剂是由氢键供体与氢键受体组成的熔融盐，能赋予水凝胶以导电性和抗失水性等功能性，极大地扩宽了半纤维素基水凝胶的应用范围。

技术领域

本发明属于生物基高分子材料制备技术领域，具体涉及一种基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着煤、石油、天然气等传统化石能源的衰竭以及在开采和使用过程中引发的严重环境问题，使利用可再生的生物质资源为原料制备生物基高分子材料成为当今科研工作者们研究的重点。

半纤维素作为含量仅次于纤维素的第二大天然多糖，以其良好的生物相容性和可生物降解等特性成为成产低聚木糖、生物乙醇和生物化学品的理想来源，并可作为高分子材料被加工制备用于生物医药、包装等领域的膜材料和水凝胶等。水凝胶是一种含水的、具有三维交联网络的材料，具有软而湿的特性，在生物医学、水处理以及可穿戴电子设备等各领域具有广阔的应用前景。目前以半纤维素为原料制备水凝胶等高分子材料成为近年来的研究热点。文献中已有许多利用半纤维素制备水凝胶的方法，当前通常要对其进行接枝改性，这一方法存在过程复杂、工艺流程长、耗能以及缺少功能性等问题。由于半纤维素的多分散性、分支度高和无定型结构等缺陷使得其溶解度有限，这在一定程度上限制了其应用。

低共熔溶剂作为一类新型的离子液体，除具有与离子液体相似的物理化学性质外，还具有来源广、成本低、易制备等优点，被广泛用于生物质的预处理和转化、电化学、有机化学以及材料化学等领域。因此寻求一种半纤维素基水凝胶的便捷的制备方法，利用未修饰改性的半纤维素制备同时具有良好拉伸性能和功能性的水凝胶非常必要。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶及其制备方法和应用，利用未修饰改性的半纤维素制备的半纤维素基水凝胶具有良好拉伸性能和导电、抗失水等功能性，有望将其用于柔性可穿戴设备等领域。

技术方案：一种基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶的制备方法，制备步骤为：1）将氯化胆碱与咪唑/尿素/草酸/乳酸分别按照摩尔比为3:7，1:2，1:1和1:10混合，然后加热60~100 ℃搅拌直至得到澄清的溶液，冷冻干燥后得到低共熔溶剂；2）取干燥半纤维素与上述低共熔溶剂混合，所述半纤维素与低共熔溶剂的质量体积比为5~45 mg/mL，加热80~110℃搅拌溶解，得到半纤维素-低共熔溶剂混合液；将单体、交联剂和光引发剂混合，所述单体的浓度为2.8~8.4 mol/L，交联剂的浓度为2.7×10^-6~8.1×10^-6 mol/L，光引发剂的浓度为3×10^-5~5×10^-5 mol/L，上述半纤维素-低共熔溶剂混合液充分混合均匀后倒入石英培养皿中，所述半纤维素-低共熔溶剂混合溶液与上述单体、交联剂和光引发剂混合所得溶液的质量比为（0.3~1）:1，经过紫外光引发聚合得到基于低共熔溶剂的半纤维素基水凝胶。

优选的，上述半纤维素与低共熔溶剂的质量体积比为15~35 mg/mL。