木质素掺杂水凝胶的制备与应用研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:Melanzpl2
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利用木质素制备高分子复合材料,可以使可再生的木质素资源得到高值化的利用。其中,将木质素引入到高分子水凝胶中,不但可以提高复合水凝胶的机械性能,还可以赋予水凝胶良好的生物相容性、抗菌性、可降解性、抗氧化性和抗紫外性。本论文以碱木质素为原料,通过低温磺甲基化后得到磺化木质素(LS),通过制备LS基多功能复合水凝胶,以期应用在电子皮肤、商业电极和敷料等领域。(1)以过硫酸铵为氧化剂,通过化学氧化法聚合3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT),制备聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸(PEDOT/LS)水分散液。探索磺化木质素、氧化剂添加量、pH值、反应物浓度和反应温度对产物PEDOT/LS的粒径及导电性的影响。结果显示:在磺化木质素与EDOT单体质量比为2.0-2.5:1,氧化剂与EDOT摩尔比为1.3:1,反应体系p H值约1.5,反应物浓度在1.8%-2.5%,反应温度10-20℃,PEDOT/LS的电阻为0.176Ω·cm,粒径190nm。(2)以PEDOT/LS为导电物质,制备PEDOT/LS-聚丙烯酸(PAA)纳米复合水凝胶。复合水凝胶经过甘油溶剂置换得到了表面具有自褶皱的PEDOT/LS-PAA导电有机水凝胶。PEDOT/LS-PAA有机水凝胶表现出优异的抗冻性能,动物实验证实了有机水凝胶可以保护皮肤不受冻伤。同时,有机水凝胶被证实具有良好的导电性能,其电导率高达0.065 S·cm-1。此外,复合有机水凝胶还具有良好的机械性能,最大断裂应变达到了1350%。有机水凝胶对不同的基底都展现出良好的粘附性,例如纸片、铝片、PET和木片。重要的是,有机水凝胶没有明显的细胞毒性,可用于准备人体直接接触的可穿戴设备。柔软的,自褶皱的PEDOT/LS-PAA有机水凝胶传感器展示了极高的应变灵敏度,其GF最高可达7(strain:100%);因此,凝胶传感器可用于肢体运动信号的检测和人体多种生理信号的实时监测。(3)在碱性条件下,将磺化木质素包覆在单宁表面(Ta@LS),然后制备Ta@LS/聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶。结果显示:通过改变Ta@LS中单宁的含量可以调节水凝胶的透明度、抗菌、抗氧化和抗紫外等性能。当单宁和磺化木质素的质量比为1:1时,水凝胶(thickness:3mm)同时兼具高的可见光透过率(550 nm,95%)和低的紫外透过率(365nm,10%)。此外,水凝胶的抑菌实验证明该复合水凝胶对金黄色葡萄球菌具有良好的抑制作用,细菌的杀死率最高可达99%。与此同时,复合水凝胶还具有良好的抗氧化性,其自由基清除率最高可达75%。抗紫外的、透明的、抗菌的、抗氧化的离子导电复合水凝胶被期望应用在可穿戴电极领域。
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