一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶及其制备方法

本发明涉及高分子功能材料，尤其涉及一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、广西是世界木薯生产的最大基地，产量占全国的一半以上。木薯具有较高的利用价值和较低的经济成本。木薯淀粉具有良好的生物相容性和可降解性，因此通常被用来制备其他生物可降解聚合物如生物质水凝胶。

2、广西木材产量连续多年位居全国第一位，其中80％以上为桉木，由桉木制成纳米纤丝具有较低的经济成本，并且桉木基材的纳米纤丝具有较高的机械性能以及较好的分散性和生物相容性。

3、纳米纤丝高分子材料，其颗粒直径通常在1～100nm之间，具有高度可调性、生物可降解性、优异的力学性能。因此纳米纤丝被广泛应用于不同的复合体系中。例如，中国专利cn114940765a公开了一种高强、高弹的多网络导电水凝胶及其制备方法与应用。将丙烯酰胺单体水溶液、纳米纤丝悬浮液与碳纳米管混合配制为多网络导电水凝胶前驱体溶液，然后经高温聚合得到所述多网络导电水凝胶。其具有优异的柔韧性、良好的导电性能以及优异的压缩性能和形变恢复能力。

4、水凝胶作为一种高度亲水性材料，其分子结构呈网状或三维交联结构，在溶剂中只溶胀而不溶解，具有吸附速率快、吸附容量高、保水性能好、易分离再生等优势，是环境友好和可持续发展的一种新型吸附材料。水凝胶技术应用广泛，其中最为重要的是其在医学领域中的应用，其可以被用作人工关节材料、药物释放系统和组织工程支架等。在环境管理领域，水凝胶可以被用作土壤保水剂，防止土壤干燥并增强植物的生长，同时也可以用作污水处理剂，以吸附和去除废水中的有害物质。此外，水凝胶还可以用于制备高效抗菌剂和抗氧化剂等化妆品成分，使其稳定性和活性能够得到更好的保护和发挥。尽管水凝胶在许多领域得到了广泛的应用，但是传统的水凝胶存在机械强度不足及可加工性不高等缺点，严重限制了其应用和发展。同时，一些合成的水凝胶不具有生物降解性，造成一定的环境污染。因此，用绿色方法制备出一种具有良好机械性能的水凝胶仍是很多研究者所关注和努力的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶及其制备方法，用以解决现有水凝胶不可生物降解且机械性能差的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将黄原胶和木薯淀粉混合于水中并调节ph至6.0～7.0，得到悬浮液；对得到的悬浮液顺次进行干燥、破碎过筛得到干热改性淀粉；

5、2)在一定温度下将聚乙烯醇溶解于水中，之后顺次加入干热改性淀粉、纳米纤丝、氢氧化钠和碳酸氢钠，得到混合溶液；

6、3)将环氧氯丙烷加入混合溶液中混合后静置即得到基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶。

7、进一步的，所述木薯淀粉和黄原胶的质量比为38～40：0.3～0.5；所述木薯淀粉和水的质量体积比为38～40g：70～90ml。

8、进一步的，所述步骤1)中，干燥的温度为40～60℃，破碎过筛的目数为80～100目。

9、进一步的，所述步骤2)中，一定温度为90～100℃；溶解在搅拌下进行，搅拌的转速为120～220rpm，搅拌的时间为20～40min。

10、进一步的，所述干热改性淀粉和聚乙烯醇的质量比为1.0～1.1：0.3～0.4；

11、干热改性淀粉和氢氧化钠的质量比为1.0～1.1：2.2～2.3；

12、干热改性淀粉和碳酸氢钠的质量比为1.0～1.1：0.2～0.3；

13、干热改性淀粉和纳米纤丝的质量比为1.0～1.1：0.1～0.3。

14、进一步的，所述干热改性淀粉和环氧氯丙烷的质量体积比为1.0～1.1g：2.2～2.3ml。

15、进一步的，所述纳米纤丝的长度为1000～3000nm，直径为4～10nm。

16、进一步的，所述步骤3)中，混合的方式为磁力搅拌，搅拌的转速为400～550rpm，搅拌的时间为15～25min。

17、进一步的，所述静置的时间为5～8h。

18、本发明还提供了一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶。

19、本发明的有益效果：

20、1、本发明通过对淀粉进行干热改性，并与聚乙烯醇、纳米纤丝、碳酸氢钠、氢氧化钠，在蒸馏水中合成了一种新型环保水凝胶。所加入纳米纤丝直径为4～10nm，长度为1～3um。纳米纤维分散在水中后，由于其直径较小，可以很容易地在水凝胶内部与淀粉缠结形成水凝胶骨架，并填充了其内部三维网状孔隙结构，极大提高了水凝胶的机械性能以及热稳定性。在纳米纤丝加入量为0.2g时，比未添加纳米纤丝的水凝胶提高了267％。对比中国专利cn107915849a所制备的纳米复合水凝胶，本发明制得的水凝胶表现出的最大压缩应力为147.95kpa，是其5倍，优势明显。

21、2、本发明加入的纳米纤丝，为水凝胶提供了羧酸钠、羟基等亲水基团，提高了水凝胶的吸水溶胀性能，在纳米纤丝加入量为0.2g时，溶胀率达到了532.26％，对比中国专利cn115160595a制备的抗冻、抗溶胀淀粉基纳米复合水凝胶，最大溶胀率提高了近25倍。

22、3、本发明基于广西特有的木薯以及桉木基纳米纤丝生产，成本极低，并且具有良好的生物可降解性以及生物相容性。

23、4、本发明制备方法较简单，无特殊的器具要求，对环境也较友好，适合进行大规模生产。

技术特征：

1.一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木薯淀粉和黄原胶的质量比为38～40：0.3～0.5；所述木薯淀粉和水的质量体积比为38～40g：70～90ml。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，干燥的温度为40～60℃，破碎过筛的目数为80～100目。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，一定温度为90～100℃；溶解在搅拌下进行，搅拌的转速为120～220rpm，搅拌的时间为20～40min。

5.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于，所述干热改性淀粉和聚乙烯醇的质量比为1.0～1.1：0.3～0.4；

6.根据权利要求5所述的的制备方法，其特征在于，所述干热改性淀粉和环氧氯丙烷的质量体积比为1.0～1.1g：2.2～2.3ml。

7.根据权利要求4或6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤丝的长度为1000～3000nm，直径为4～10nm。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，混合的方式为磁力搅拌，搅拌的转速为400～550rpm，搅拌的时间为15～25min。

9.根据权利要求6或8所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为5～8h。

10.权利要求1～9任意一项所述制备方法得到的基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶。

技术总结
本发明提供了一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶及其制备方法，属于高分子功能材料技术领域。本发明通过对木薯淀粉进行改性，制备了一种基于改性木薯淀粉的含纳米纤丝的水凝胶。本发明以木薯淀粉为基本骨架，聚乙烯醇为软段，纳米纤丝为增强材料，在环氧氯丙烷的交联作用下合成的水凝胶，有着较强的力学性能。纳米纤丝会与淀粉缠绕构成水凝胶支架，并且纳米纤丝会进入水凝胶内部填充水凝胶内部的三维网状孔洞结构，使其力学性能大幅提升，并且提升了其热稳定性。同时，纳米纤丝表面的亲水基团会进一步提升水凝胶的溶胀性能，使得该水凝胶的溶胀率也有较大提高。

技术研发人员：黄丽婕,王北威,覃雅妃,施炳臣,唐丽娟,黄双玲,黄崇杏,段青山,刘杨,赵辉
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15