【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质水凝胶纤维制备领域、天然高分子纤维，涉及一种海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维及其制备方法。
技术介绍
1、水凝胶纤维，兼具固体与离子迁移的特性使其在构建导电材料方面具有极大的优势，它的一维宏观结构和三维微观结构不仅为电荷载体提供了稳定的传输通道，还可以缩短离子的扩散距离，加快电荷载体的传输效率。水凝胶纤维对外部环境中的微小刺激变化(比如温度、应变、湿度等)能够快速响应，使其在作为可穿戴智能传感器方面表现出极大的潜在价值；另一方面，由于其优异的可降解性、生物相容性，水凝胶纤维可以作为连接人体软组织和电子设备的接口，实时收集人体生理信号，能够为管理人体健康提供更准确的信息。因此，对水凝胶纤维的导电网络和微观结构在分子水平上进行合理设计，构建抗冻、自愈、形状记忆、多重刺激响应等多功能纤维材料，是极具前途的开发领域，也是大健康背景下智能织物必不可少的组成部分。
2、水凝胶纤维的设计、制造和应用以及柔性电子制造技术也在不断地优化，应用的领域也在不断地扩大，如柔性能量收集装置、柔性存储装置、柔性智能传感器、柔性生物医学电子等。尽管取得了实质性进展，但水凝胶纤维在柔性电子系统中的开发仍处于起步阶段。实验产品和实际应用之间的巨大差距仍然存在。首先表现在水凝胶纤维内部的水分蒸发是柔性电子工作条件状态下存在的问题。一方面，在空气中暴露的水凝胶纤维容易发生严重脱水。尽管一些研究报道脱水可以在一定程度上增强纤维强度，但由于失水导致聚合物网络对电荷载体的阻碍变大，它不可避免地削弱了其导电性。另一方面，水凝胶中的水不可避免地会在零
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的针对目前水凝胶纤维系柔性电子产品存在的低温导电性差、透明度低、保水性差等问题，从水凝胶纤维分子和结构设计出发，提出了基于瓜尔胶/海藻酸盐水凝胶原位构筑“氢键-离子络合”的湿法纺丝解决方案，得到具有集导电、抗菌、抗环境为一体水凝胶纤维。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维的制备方法，所述方法将纺丝原液挤入凝固浴中凝固获得初生纤维，所述纺丝原液为海藻酸盐和瓜尔胶复合水溶液，所述凝固浴是有机溶剂和水混合溶液中添加锌离子盐得到的。
4、上述技术方案中，进一步地，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶的质量比为75～25：25～75；优选为66：33。
5、上述技术方案中，进一步地，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶总质量分数为2～4％；优选为3％。
6、上述的技术方案中，进一步地，所述凝固浴中有机溶剂为乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的一种或多种；优选为乙二醇。
7、上述的技术方案中，进一步地，所述凝固浴中有机溶剂和水的体积比75～25：25～75；优选为30：70。
8、上述技术方案中，进一步地，所述凝固浴中锌离子盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的一种或多种，锌离子盐总质量在溶剂中的质量分数为3％；锌离子盐优选为硫酸锌。
9、上述技术方案中，进一步地，所述瓜尔胶纺丝原液经纺丝组件纺丝时的纺丝条件为：挤出压力为0.2～0.6mpa，挤出速率为2～20m/min，喷丝孔径为0.5mm～1.0mm，卷绕速度为3～50m/min。
10、上述技术方案中，进一步地，所述纺丝原液的制备方法为：将瓜尔胶、海藻酸盐溶于去离子水中，搅拌混合均匀，然后在转速4000～7000r/min下离心脱泡15～20min，得海藻酸盐/瓜尔胶纺丝原液，转速优选为4000r/min，脱泡时间优选为15min。其中，瓜尔胶为高分子聚合物，在搅拌溶解时溶液粘度比较高，容易产生小气泡被包埋在溶液内部，影响纺丝效果，可以通过适当的离心速度以及温度下进行离心等操作来进行脱泡处理，但脱泡处理方法并不限于离心，也可以采用本领域常用的其他的高分子溶液脱泡处理方法。
11、上述技术方案中，进一步地，将海藻酸盐/瓜尔胶纺丝原液经纺丝组件纺丝而挤入凝固浴中进行凝固，从而得海藻酸盐/瓜尔胶初生水凝胶纤维，凝固时间可根据纤维的粗细等适当调整；凝固时间优选2～3min。
12、上述技术方案中，进一步地，海藻酸盐/瓜尔胶初生水凝胶纤维再进行拉伸、水洗后得到海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维。
13、上述技术方案中，进一步地，所述拉伸的步骤是在去离子水中进行的，拉伸倍数为1.2～3倍。
14、上述技术方案中，进一步地，所述水洗的步骤中，水洗介质为乙醇与去离子水的混合物，在所述混合物中，所述乙醇和去离子水的质量比为1：1～3。在操作时，所用水洗介质可以采用乙醇浓度大致25％～50％的乙醇水溶液。
15、本专利技术以瓜尔胶和海藻酸盐作为基材，利用刚性的海藻酸盐为第一网络来耗散能量，瓜尔胶自身及其与海藻酸盐形成的氢键为第二网络来稳定变形，针对性的选择凝固浴体系，利用相分离纺丝的方法实现纤维成型和水凝胶凝胶化的协同发生；并在分子水平进行设计，有机溶剂与水形成的氢键构建低共熔体系及有机溶剂与瓜尔胶和海藻酸盐的氢键作为限域空间锁水，提高水凝胶纤维抗环境能力。
16、在本专利技术的一种海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维及其制备方法中，各组分及各组分之间的作用机理如下：
17、(1)由于海藻酸盐和瓜尔胶中含有丰富的亲水性羟基，在共混的过程中形成大量的分子内及分子间氢键，由此得到海藻大分子链与瓜尔胶大分子链相互穿插且紊乱的网络结构。当纺丝原液经喷丝板挤入到凝固浴中时，纺丝细流中的溶剂(水)向外扩散，而沉淀剂(zn2+和有机溶剂)向纺丝细流内部扩散。
18、(2)此时zn2+通过扩散进入聚合物网络内部，与海藻分子链中的羰基发生络合反应，形成“蛋壳”结构，这对纤维本身起到增韧的作用；海藻酸盐/瓜尔胶体系中丰富的亲水性羟基可以促进zn2+的吸附和解离，且由于在稀溶液中的依数性，zn2+的引入能够有效降低体系的凝固点，提高纤维的抗环境性能。
19、(3)有机溶剂在纺丝过程中也会因扩散进入聚合物网络内部，可能与聚合物链的极性基团形成偶极-偶极相互作用，这些分子间氢键在发生形变时可以作为牺牲有效地耗散变形过程中的外部能量，在一定程度上提高了水凝胶纤维的力学稳定性，分子间的位移减弱，改善了多糖纤维本身质脆、柔性差的缺陷；同时由于有机溶剂和水分子之间形成了稳定的氢键，有机溶剂是氢键的受体，而水是氢键的供体，因而阻止了水分子之间形成稳定的四面体结构，减少了体系中的自由水，阻止冰晶的形成和自由水的蒸发。
20、(4)但只经过凝固浴得到初生纤维，纤维内部沿着纤维轴向分布排列的取向度较低，内部网络结构仍然较为紊乱，再次拉伸处理之后，在应力的作用下，聚合物链沿纵向排列定向凝聚且缓慢本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维的制备方法，所述方法将纺丝原液挤入凝固浴中凝固获得初生纤维，其特征在于，所述纺丝原液为海藻酸盐和瓜尔胶复合水溶液，所述凝固浴是有机溶剂和水混合溶液中添加锌离子盐得到的。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶的质量比为75～25：25～75。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶总质量分数为2～4％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中有机溶剂为乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中有机溶剂和水的体积比75～25：25～75。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中锌离子盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的一种或多种，锌离子盐总质量在溶剂中的质量分数为3％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液经纺丝组件纺丝时的纺丝条件为：挤出压力为0.2～0.6Mpa，挤出速率为2～
8.根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述初生纤维经拉伸、水洗后得到海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述拉伸倍数为1.2～3倍。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述水洗的介质为乙醇与去离子水的混合物，所述乙醇和去离子水的质量比为1：1～3。
...【技术特征摘要】
1.一种海藻酸盐/瓜尔胶水凝胶纤维的制备方法，所述方法将纺丝原液挤入凝固浴中凝固获得初生纤维，其特征在于，所述纺丝原液为海藻酸盐和瓜尔胶复合水溶液，所述凝固浴是有机溶剂和水混合溶液中添加锌离子盐得到的。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶的质量比为75～25：25～75。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述纺丝原液中，海藻酸盐与瓜尔胶总质量分数为2～4％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中有机溶剂为乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴中有机溶剂和水的体积比75～25：25～75。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭静，孙建斌，管福成，张欣，纪辛斌，李政，张一航，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：
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