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专利号: 2020110407344
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种纳米纤维素增强的温敏性导电水凝胶纤维的制备方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1)蚕茧脱胶:将已去除蚕蛹的蚕茧剪成蚕茧片,浸泡于煮沸的Na2CO3溶液中,在搅拌条件下继续煮,脱除蚕茧表面的丝胶蛋白,使蚕茧呈棉絮状,将蚕茧捞出,用水洗涤;然后重复上述操作数次,将脱胶后的蚕丝纤维干燥;

步骤2)再生丝素蛋白的制备:将步骤1)所得蚕丝纤维加入到氯化1‑丁基‑3‑甲基咪唑离子液体中,在高速混合器中混合20‑40 s,然后在85‑95℃下加热搅拌;在加热搅拌过程中,为降低溶液粘度和熔点,在溶液中加入去离子水,缓慢滴加以避免过度的局部稀释导致蚕丝从溶液中沉淀析出;待蚕丝纤维全部溶解,得到浓度均匀的丝素蛋白溶液后,离心,随后将上清液移入透析袋并置于去离子水中,丝素蛋白与去离子水质量比为=1:8‑12,透析,直至透析袋内水位不再变化;将透析后的丝素蛋白溶液于冷冻离心机中离心,将离心所得上清液急速冷冻,然后冷冻干燥,获得再生丝素蛋白;

步骤3)烯丙基丝素蛋白的制备:在反应容器中加入丝素蛋白,用水溶解,采用Na2CO3和NaOH调节pH至碱性,通入氮气,匀速搅拌下滴加烯丙基缩水甘油醚,15 30 min内滴加完毕;

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反应结束后用盐酸溶液调节溶液pH至中性;反应液装入透析袋透析;透析后的溶液急速冷冻,然后冷冻干燥,得到烯丙基丝素蛋白;

步骤4)纳米纤维素的制备:将0.01‑0.02重量份2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧自由基和

0.08‑0.12重量份NaBr溶于水中,完全溶解后加入1重量份漂白木浆纤维,剧烈搅拌分散均匀,然后加入NaClO进行氧化反应,通过不断滴加NaOH溶液控制反应体系的pH在9.5‑10.5;

完全反应后将所得氧化纤维素进行过滤,用水洗涤数次,然后超声分散制成浆料,配制成浓度为1.5‑2.5 mg/mL的纤维素悬浮液,置于密封容器中搅拌,冷藏;

步骤5)球磨法制备石墨烯:在球磨罐中加入石墨粉和湿介质进行球磨,球磨后取出石墨烯加入盐酸清洗除去产物中多余杂质,再用去离子水清洗,然后冷冻干燥,得到石墨烯;

步骤6)纳米纤维素‑石墨烯复合物悬浮液的制备:取步骤4)所得纤维素悬浮液,加入步骤5)所得石墨烯充分搅拌均匀,超声分散,得到稳定的纳米纤维素‑石墨烯复合物悬浮液;

步骤7)水凝胶纤维的制备:将聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶解于水中,配制成70‑80mg/mL的溶液,静置备用;在冰水浴中,将烯丙基丝素蛋白、过硫酸铵和四甲基乙二胺溶解于水中,再加入步骤6)所得纳米纤维素‑石墨烯复合物悬浮液,然后通入氮气搅拌,在搅拌过程中逐滴加入聚乙二醇甲基丙烯酸酯溶液,反应,待溶液变粘,将溶液转移至湿法纺丝器中,速度与力度均一地挤入凝固浴中,在凝固浴中放置,将所得水凝胶纤维移入透析袋中,用去离子水透析去除未反应物质,最后取出烘干。

2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,Na2CO3溶液的浓度为0.3‑

0.7wt%,蚕茧片与水浴比为1 : 80‑120;继续煮时间为20‑30min,干燥温度为40‑50℃,干燥时间1‑3天。

3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,丝素蛋白溶液中蚕丝蛋白浓度为7‑8wt%,水20‑30wt%,氯化1‑丁基‑3‑甲基咪唑离子液体65‑70wt%;搅拌时间为3‑4 h,离心条件为5000‑7000 r/min、5‑15min;透析条件为0‑5℃中透析4‑6天,每4‑8 h换一次去离子水;冷冻离心机转速为6000‑10000rpm/min,时间5‑15min,温度0‑5 ℃;急速冷冻条件为‑60 ‑40 ℃、6‑10 h;冷冻干燥15‑25 h。

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4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,溶解后丝素蛋白的浓度为8‑

12 mg/L,采用Na2CO3和NaOH调节pH至10‑11,丝素蛋白和烯丙基缩水甘油醚的质量比为1 : 

6‑10,反应温度为15‑25 ℃,反应时间为20‑30 h。

5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,在0‑5℃下透析1‑3天,每隔4‑

8 h换水一次;透析后的溶液在‑60 ‑40 ℃下急速冷冻6‑10 h,然后冷冻干燥15‑20 h。

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6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,

漂白木浆纤维为阔叶木漂白硫酸盐浆,2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧自由基和NaBr的摩尔比为1:8‑12;NaClO的添加量为每克漂白木浆纤维1.3‑5.0 mmol,氧化反应时间为4‑8h;

置于密封容器中搅拌6‑10天,搅拌速度为1000‑2000 rpm,之后在4℃以下冷藏。

7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤5)中,

湿介质为二甲基甲酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、表面活性剂水溶液、干冰中的一种;

球磨条件为:旋转托盘转速2800‑3200 rpm,球磨时间40‑50 h;

冷冻干燥15‑25 h。

8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤6)中,纳米纤维素‑石墨烯复合物悬浮液中石墨烯的浓度为0.5‑1.0mg/mL。

9.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤7)中,烯丙基丝素蛋白和聚乙二醇甲基丙烯酸酯质量比为(40:60)‑(30:70),过硫酸铵的添加量为0,1‑0.2 mg/mL,四甲基乙二胺的添加量为2‑4 μL/mL,纳米纤维素‑石墨烯复合物的添加量为原料总质量的0.8‑

1.2%,凝固浴为1‑3wt%的硫酸钠溶液。

10.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤7)中,

通入氮气搅拌20‑40 min;

反应温度为15‑25℃;

在凝固浴中放置10‑15 h;

透析时间为2‑4天。