【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及木质素基水凝胶的快速制备方法，尤其是涉及一种碱-多酚协同自催化体系的木质素基自修复导电水凝胶的快速制备方法及其应用。
技术介绍
1、新型便携式和可穿戴电子产品的快速发展，增加了对可拉伸、灵活和可持续的电源的迫切需求。值得关注的是，摩擦纳米发电机(teng)的因其重量轻，成本低，可以通过摩擦起电和静电感应的方式将环境中低频机械能转化为电能为软电子领域的能量采集和自供电传感提供了一种新的、可持续的能源供应技术。导电水凝胶由于其导电性、可拉伸性、透明性和生物相容性的综合优势，正成为单电极teng的一种诱人的软离子导体。
2、导电水凝胶的制备策略虽然丰富且有前景，但常面临复杂且环境不友好的聚合问题，尤其是在持续uv照射或热引发的过程中，耗时耗力。目前公开的快速成胶技术大多以多层mxene作为引发剂、交联剂和利用液态金属(lm)在超声下引发聚合并进一步交联成聚合物网络。这些快速成胶的方法可能是有前景的，但由于mxene蚀刻原子困难，制备易产生大量废物以及lm难分散且价格昂贵等原因限制了它们在可穿戴设备领域的工业应用。因此，寻找一种绿色、高效和低成本的导电水凝胶快速聚合策略是非常有必要的。
3、在之前的工作中，我们开发了一种含儿茶酚的磺化木质素和金属离子的双重自催化体系，在室温下无需外部刺激和能量输入即可快速触发乙烯基单体的自由基聚合。然而，由于其反应速度过快，导致其力学强度差，难以实现可穿戴的长期稳定性。且凝胶体系中使用的重金属离子容易照成环境污染。木质素是最丰富的芳香族植物源生物聚合物，由于含有大量
技术实现思路
1、本专利技术针对凝胶制备过程中存在的耗时耗能以及高含量木质素使用中木质素自由基清除能力等问题，首次提出一种碱-多酚协同自催化快速成胶的办法。本专利技术以氢氧化钠(naoh)催化剂、木质素磺酸盐(ls)稳定剂、丙烯酰胺(am)单体和过硫酸铵(aps)引发剂形成的碱-多酚协同自催化体系能快速制备具有高透明度，高离子电导率和拉伸性的多功能水凝胶，且为木质素的高值化利用和水凝胶的快速制备领域增加了一条新途径。本专利技术的方法简单易控，成本低，绿色环保和良好的生物相容性，快速且安全，为更多可自愈和良好电导率弹性体材料的制备提供思路。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种绿色、低成本的碱-多酚协同自催化体系快速制备水凝胶的方法，首先制备碱液，将丙烯酰胺和木质素溶解在碱性溶液中制备前驱液a，再将引发剂溶于碱性溶液中形成前驱液b，在室温下将前驱液b与前驱液a混合后，溶液在几分钟内固化即可得到凝胶；具体包括以下步骤：
4、(1)制备前驱液a：将单体丙烯酰胺(am)、自由基阻聚剂溶于碱性溶液中，得到前驱液a；
5、(2)制备前驱液b：将引发剂溶于碱性溶液中，得到前驱液b；(3)制备导电水凝胶：将步骤(1)得到的前驱液a和步骤(2)得到的前驱液b混合后，在室温下模具中聚合固化，快速得到导电水凝胶。
6、进一步的，所述碱-多酚体系的凝胶时间与木质素磺酸盐、单体丙烯酰胺、引发剂aps的浓度以及溶液ph值都相关。
7、进一步的，所述碱性溶液的ph值为11-14，优选地ph为14。
8、进一步的，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
9、进一步的，所述氢氧化钠或氢氧化钾溶液的配置方法为：将氢氧化钠或氢氧化钾溶于去离子水中配成碱性溶液。
10、进一步的，所述自由基阻聚剂的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的0-3.6wt％，当自由基阻聚剂用量为总混合液的0.6-1.2wt％时，所得凝胶效果最佳。
11、进一步的，所述为单体丙烯酰胺的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的19.6-54.9wt％，当丙烯酰胺用量为总混合液的49wt％时，所得凝胶效果最佳。
12、进一步的，所述引发剂的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的0.3-4.8wt％，当引发剂用量为总混合液的1.2wt％时，所得凝胶效果最佳。
13、进一步的，步骤(1)中，所述单体丙烯酰胺的用量占前驱液a的24.6-62.1wt％，优选地单体含量为57wt％；自由基阻聚剂的用量占前驱液a的0-4.11wt％；优选地木质素含量为1.4wt％。
14、进一步的，步骤(1)具体为：将单体丙烯酰胺(am)、自由基阻聚剂加入到碱性溶液中，在室温下搅拌反应1h使得固体完全溶解完全，得到前驱液a；
15、进一步的，步骤(2)中，所述引发剂的用量占前驱液b的2.0-28.6wt％；优选地引发剂用量为9.1wt％。
16、进一步的，步骤(2)具体为：将引发剂加入到碱性溶液中，在室温下搅拌反应10min使得固体完全溶解完全，得到前驱液b。
17、进一步地，所述自由基阻聚剂可选择木质素磺酸盐(ls)、预水解木质素(pl)、碱木质素(al)、多巴胺(da)、单宁酸(ta)中一种。
18、进一步的，所述引发剂为过硫酸铵(aps)、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
19、进一步的，步骤(3)中，将步骤(1)得到的前驱液a和步骤(3)得到的前驱液b混合2-32分钟后，得到导电水凝胶。
20、本专利技术提供所述制备方法制备得到了自愈，可黏附导电水凝胶。
21、本专利技术提供了所制备的水凝胶在柔性可拉伸传感器、电子皮肤、超级电容器、摩擦纳米发电机中的应用。
22、本专利技术利用碱激活过硫酸盐产生自由基，碱激活的自由基能加速单体聚合过程。同时，木质素在碱水溶液中的高溶解性和清除自由基的能力，木质素被纳入碱活化体系中，从而在不牺牲快速凝胶化的情况下有效地控制自由基聚合。
23、本专利技术水凝胶由单体碱和含多酚的木质素组成，其中碱激活的aps显著加速了so4·-和ho·自由基的生成和积累，而多酚则作为稳定剂，通过其固有的自由基清除能力避免聚合爆发。在室温下2分钟左右快速形成凝胶，且离子电导率为1.22ms/cm。
24、与现有技术相比，本专利技术有益效果体现在：
25、1.一种绿色、低成本的碱-木质素系统，用于高效、可持续地合成生物聚合物基导电水凝胶材料，具有工业应用前景。
26、2.这种快速成胶体系不需要外部刺激和能量输入，在碱激活过程中自发产生的大量热量将自催化aps解离产生自由基，从而引发单体聚合。这种导电离子水凝胶柔韧性好，并且在低温下可以保持良好的机械性能和导电性能，应用前景广泛。
27、3.碱性条件不仅有助于提高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种绿色、低成本的碱-多酚协同自催化体系制备水凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自由基阻聚剂的用量占前驱液A和前驱液B混合后总溶液的0-3.6wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为单体丙烯酰胺的用量占前驱液A和前驱液B混合后总溶液的用量19.6-54.9wt％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述引发剂的用量占前驱液A和前驱液B混合后总溶液的0.3-4.8wt％。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的PH值为11-14。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述自由基阻聚剂为木质素磺酸盐、碱木质素、多巴胺、单宁酸中一种，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中，将步骤(1)得到的前驱液A和步骤(3)得到的前驱液B混合2-32分钟后，得到导电水凝胶。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢
9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的水凝胶。
10.权利要求7所述的水凝胶在柔性可拉伸传感器、电子皮肤、超级电容器、摩擦纳米发电机中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种绿色、低成本的碱-多酚协同自催化体系制备水凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自由基阻聚剂的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的0-3.6wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为单体丙烯酰胺的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的用量19.6-54.9wt％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述引发剂的用量占前驱液a和前驱液b混合后总溶液的0.3-4.8wt％。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的ph值为11-14。
【专利技术属性】
技术研发人员：邵长优，张红梅，孙润仓，张吉飞，薛凯，朱家漩，孙智文，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：
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