一种纤维素结构色水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素结构色水凝胶及其制备方法，将羟丙基纤维素溶解后通过甲基丙烯酸酐接枝改性，得到甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素；将甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素与光引发剂在水中混合，配制成光交联水凝胶预凝胶；将光交联水凝胶预凝胶静置自组装成胆甾相液晶；使用紫外光源照射自组装的胆甾相液晶，生成具有鲜艳结构色的纤维素结构色水凝胶

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素结构色水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种纤维素结构色水凝胶及其制备方法
。

技术介绍

[0002]纤维素是一类重要的天然生物高分子材料，具有可再生性
、
生物可降解性和可食用性等优势，因此在材料科学领域备受研究和关注
。
结构色是一种基于材料微观结构的光学着色形式，具有广泛的应用前景
。
[0003]近年来，纤维素基的结构色材料在生物传感
、
光学器件和显示技术等领域展示出巨大的潜力
。
目前，制备纤维素结构色材料的方法主要包括自组装
、
纳米复合
、
多孔模板等
。
自组装方法基于纤维素分子间的相互作用力，在适当的条件下形成有序的结构，实现光的干涉和衍射效应
。
然而，现有的自组装方法通常涉及复杂的制备工艺
、
繁琐的操作步骤和较长的反应时间，限制了其在大规模生产中的应用
。
另外，现有方法中的交联步骤也往往需要额外的化学试剂和能源消耗，增加了制备成本和环境负担
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中的问题，提供一种简便
、
高效的纤维素结构色水凝胶的制备方法，能够在较短的时间内实现纤维素的自组装和交联，并且制成的纤维素结构色水凝胶具有稳定的结构色和良好的可见光反射性能
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：将羟丙基纤维素溶解后通过甲基丙烯酸酐接枝改性，得到甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素；将甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素与光引发剂在水中混合，配制成光交联水凝胶预凝胶；将光交联水凝胶预凝胶静置自组装成胆甾相液晶；使用紫外光源照射自组装的胆甾相液晶，生成具有鲜艳结构色的纤维素结构色水凝胶
。
[0007]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0008]作为优选的方案，羟丙基纤维素与甲基丙烯酸酐的质量
/
体积比为1：1‑
10g/mL
，在接枝改性中滴加氢氧化钠进行反应
。
[0009]接枝改性后使用透析袋透析，然后将产物进行冷冻干燥
。
[0010]作为优选的方案，甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素在制备成的光交联水凝胶预凝胶中的比例为5‑
7g/mL。
[0011]所述的光引发剂为2‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮或1‑
羟基环己基苯甲酮
。
[0012]作为优选的方案，配制光交联水凝胶预凝胶时还在水中加入
10
‑
20
μ
g
黑色纳米颗粒，以增强最终得到的结构色水凝胶的色彩对比度，使颜色更鲜艳
。
[0013]所述的黑色纳米颗粒选自碳纳米管
、
炭黑或氧化石墨烯
。
[0014]作为优选的方案，在自组装前将光交联水凝胶预凝胶先通过加工方式制成薄膜
、
纤维或具有特殊形状的
2D
或
3D
结构，所述的加工方式为刮涂
、
挤出
、
压印或
3D
打印
。
[0015]静置自组装的时间为1‑2分钟
。
[0016]本专利技术还保护上述方法制备的纤维素结构色水凝胶
。
[0017]本专利技术的纤维素结构色水凝胶的颜色由甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素
(HPC
‑
MA)
的含量决定
。
[0018]本专利技术利用化学接枝法合成甲基丙基酸脂功能化的纤维素分子，配制成光交联水凝胶预凝胶，使其自组装成胆甾相液晶，光固化成结构色水凝胶，制成了具有鲜艳结构色
、
结构稳定
、
生物相容性良好的胆甾相纤维素结构色水凝胶
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术首次提出了利用甲基丙烯酸酐接枝羟丙基纤维素制备结构色水凝胶，得到的甲基丙烯酸酐功能化的羟丙基纤维素可以在光引发剂的作用下交联成高分子网络，无需其他复杂化学成分
。
[0021]相比传统的纤维素水凝胶，本专利技术的制备过程更加安全
、
无毒，能够在较短的时间内实现纤维素的自组装和交联，简便
、
高效
。
[0022]本专利技术制备的纤维素结构色水凝胶，采用了纤维素衍生物
——
羟丙基纤维素作为基材，具有原料来源广泛
、
成本低廉
、
生物相容性好
、
可食用等优势，具有巨大的研究和应用价值
。
[0023]本专利技术的纤维素结构色水凝胶由天然纤维素高分子通过接枝改性而成，保留了纤维素的天然特性，不含有害物质或致癌物质，具有良好生生物相容性和可食用性，当接触生物体或被食用时，不会引专利技术显的毒性反应或免疫排斥，为环境友好的结构色水凝胶材料
。
[0024]本专利技术制备的纤维素结构色水凝胶采用了自组装的方法使纤维素分子形成胆甾相液晶结构，具有良好的可见光反射性能，可以选择性的反射可见光波长范围的光线，从而产生人眼可见的颜色，无需添加化学颜料，具有色彩鲜艳
、
不会褪色
、
天然环保的优势
。
[0025]本专利技术制备的纤维素结构色水凝胶具有极佳的可加工性，可根据需求加工成各种
2D
或
3D
形状，适用于各种先进加工技术；根据个性化定制的需求，可将本专利技术的纤维素结构色水凝胶加工成不同的颜色，还可根据不同的材料加工方法制备成不同形状；本专利技术的纤维素结构色水凝胶可以被应用于颜色显示
、
生物医学
、
食品加工和日用品包装等领域
。
附图说明
[0026]图1：本专利技术制备的甲基丙基酸脂功能化羟丙基纤维素的化学结构式
。
[0027]图2：本专利技术自组装的胆甾相液晶的结构示意图
。
具体实施方式
[0028]以下通过实施例的形式对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围
。
[0029]下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明均为常规方法，所用的试剂
、
方法和设备，如无特殊说明均为本
常规试剂
、
方法和设备
。
[0030]实施例1：
[0031]本实施例提供一种红色薄膜状的纤维素结构色水凝胶，所述纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：将羟丙基纤维素溶解后通过甲基丙烯酸酐接枝改性，得到甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素；将甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素与光引发剂在水中混合，配制成光交联水凝胶预凝胶；将光交联水凝胶预凝胶静置自组装成胆甾相液晶；使用紫外光源照射自组装的胆甾相液晶，生成具有鲜艳结构色的纤维素结构色水凝胶
。2.
根据权利要求1所述的纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：羟丙基纤维素与甲基丙烯酸酐的质量
/
体积比为1：1‑
10g/mL
，在接枝改性中滴加氢氧化钠进行反应
。3.
根据权利要求1所述的纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：接枝改性后使用透析袋透析，然后将产物进行冷冻干燥
。4.
根据权利要求1所述的纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：甲基丙烯酸脂功能化的羟丙基纤维素在制备成的光交联水凝胶预凝胶中的比例为5‑
7g/mL。5.
根据权利要求1所述的纤维素结构色水凝胶的制备方法，其特征在于：所述的光引发剂为2‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑

【专利技术属性】
技术研发人员：商珞然，张倬豪，赵远锦，
申请(专利权)人：东南大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：