一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂及其制备方法与流程

本发明属于生物基凝胶胶黏剂领域，具体涉及到一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶是通过物理交联或化学交联形成的一种极为亲水的三维网络结构凝胶，由于交联网络的存在，水凝胶可以发生溶胀并保有大量的水，这一特性与生物组织极为相似，因此被广泛应用于电子器件、环境工程和生物医学等领域。

2、目前大部分水凝胶主要由石油基原料合成，具有制备工艺繁琐、生物相容性差、不可再生、难降解等缺陷；并且随着可持续发展观念深入人心，可再生可降解的生物质资源受到越来越多的关注，已成为水凝胶最具开发潜力的原料之一。

3、现阶段，人们已采用纤维素、甲壳素、海藻酸钠等为主体制备了一系列生物基水凝胶，但存在韧性较差、制备工艺复杂、使用毒害物质做交联剂等缺陷，从而限制了其使用范围。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂的制备方法，包括，

5、将明胶加热后得到明胶溶液；

6、将海藻酸钠在加热搅拌得到海藻酸钠溶液；

7、将明胶溶液和海藻酸钠溶液共混，明胶和海藻酸钠大分子链发生缠结，搅拌均匀后倒入模具并冷藏，制得凝胶；

8、将凝胶浸泡在硫酸铵和硫酸锂的混合溶液中，通过nh4+、so42-、li+的“盐析”作用，降低了明胶的溶解度，使得明胶大分子链更加聚集并发生缠绕，在“盐析”过程中，水分子从大分子链中排出，明胶分子链间形成大量氢键作用，进而形成结晶域；

9、再将所得凝胶浸泡在硫酸铵、硫酸锂、醋酸锌的混合溶液中，海藻酸钠在zn2+的作用下通过金属配位作用形成聚合物相，从而得到以明胶作为结晶相、锌-海藻酸钠作为聚合物相的明胶-海藻酸钠凝胶胶黏剂。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述明胶溶液的质量浓度为20～30％。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2～4％。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将明胶溶液和海藻酸钠溶液共混，其中，明胶溶液和海藻酸钠溶液的质量比为1：0.5～1。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述倒入模具并冷藏，其中，冷藏温度为2～4℃，凝胶时间1～2h。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述明胶溶液和海藻酸钠混合所得前聚体ph值为5～7。

15、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将凝胶浸泡在硫酸铵和硫酸锂的混合溶液中，其中，混合溶液中硫酸铵的浓度为30wt％，硫酸锂的浓度为1mol/kg，浸泡时间为10～12h。

16、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将所得凝胶浸泡在硫酸铵、硫酸锂、醋酸锌的混合溶液中，其中，混合溶液中硫酸铵的浓度为30wt％，硫酸锂的浓度为1mol/kg、醋酸锌的浓度为3mol/kg，浸泡时间为12～24h。

17、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂的制备方法制得的产品，其中：所述凝胶胶黏剂在单轴拉伸条件下可拉伸至初始长度的5倍，撕裂能可达到6374.67j/m2，具有温度响应的粘接性能，在60℃加热5分钟后与锌片的粘接强度达到438kpa。

18、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种全生物基凝胶胶黏剂在柔性可穿戴材料、生物医学工程中的应用。

19、本发明有益效果：

20、(1)本发明通过共混的方式来制备水凝胶，与传统水凝胶的制备方法相比，本发明制备方法简单、条件温和；相对于一般生物基水凝胶(撕裂能～100j/m2、粘接强度不超过10kpa)具有更高的撕裂能和粘接强度，单轴拉伸条件下最高可拉伸至初始长度的5倍，撕裂能可达到6374.67j/m2；具有温度响应的粘接性能，在60℃加热5分钟后与锌片的粘接强度达到438kpa，有助于改善目前水凝胶机械性能差、自粘性不足的问题。

21、(2)本发明提供了一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂的制备方法，是通过“盐析”效应调控聚合物链的聚集状态，在“盐析”过程中，水分子从明胶大分子链中排出，明胶分子链间形成大量氢键作用，进而形成结晶域；通过zn2+的引入使海藻酸钠大分子链发生金属配位，形成锌-海藻酸钠聚合物相，进而构建具有相分离结构的新型全生物基凝胶胶黏剂。在明胶-海藻酸钠聚合物网络中，利用聚合物相传递应力和耗散能量，利用结晶域钉扎裂纹，从而得到具有高韧性的凝胶胶黏剂；同时，当用于粘接时，明胶结晶域在高温作用下软化，增大了与被粘接物的接触面积，并在胶层之间形成大量氢键，产生强结合能，从而提高凝胶胶黏剂与被粘接物的界面作用力；交联的锌-海藻酸钠聚合物相则保证了凝胶具有良好的内聚力；通过高韧性和强界面作用力的协同作用，赋予了凝胶胶黏剂温度响应的粘接特性。

22、(3)本发明形成了从凝胶胶黏剂的制备到使用全过程中的绿色低碳路线，采用明胶和海藻酸钠为原材料，相对于传统石油基凝胶胶黏剂的制备，具有原料易获取、制备简单、环境友好、生物相容、易降解等优点，在固态储能系统、柔性可穿戴材料、生物医学工程等方面具有潜在的应用前景。

技术特征：

1.一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述明胶溶液的质量浓度为20～30％。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2～4％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将明胶溶液和海藻酸钠溶液共混，其中，明胶溶液和海藻酸钠溶液的质量比为1：0.5～1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述倒入模具并冷藏，其中，冷藏温度为2～4℃，凝胶时间1～2h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：明胶溶液和海藻酸钠混合所得前聚体ph值为5～7。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将凝胶浸泡在硫酸铵和硫酸锂的混合溶液中，其中，混合溶液中硫酸铵的浓度为30wt％，硫酸锂的浓度为1mol/kg，浸泡时间为10～12h。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将所得凝胶浸泡在硫酸铵、硫酸锂、醋酸锌的混合溶液中，其中，混合溶液中硫酸铵的浓度为30wt％，硫酸锂的浓度为1mol/kg、醋酸锌的浓度为3mol/kg，浸泡时间为12～24h。

9.权利要求1～8中任一所述的制备方法制得的具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂，其特征在于：所述凝胶胶黏剂单轴拉伸条件下可拉伸至初始长度的5倍，撕裂能可达到6374.67j/m2，具有温度响应的粘接性能，在60℃加热5分钟后与锌片的粘接强度达到438kpa。

10.权利要求9所述生物基凝胶胶黏剂在柔性可穿戴材料、生物医学工程中的应用。

技术总结本发明公开了一种具有温度响应粘接特性的全生物基凝胶胶黏剂及其制备方法，包括，将明胶加热后得到明胶溶液；将海藻酸钠在加热搅拌得到海藻酸钠溶液；将明胶溶液和海藻酸钠溶液共混，使明胶和海藻酸钠大分子链发生缠结，搅拌均匀后倒入模具并冷藏，制得凝胶；将凝胶浸泡在硫酸铵和硫酸锂的混合溶液中，然后再将所得凝胶浸泡在硫酸铵、硫酸锂、醋酸锌的混合溶液中，得到所述明胶‑海藻酸钠凝胶。本发明制备的凝胶，具有优秀的机械性能，单轴拉伸条件下最高可拉伸至初始长度的5倍，撕裂能可达到6374.67J/m<supgt;2</supgt;；具有温度响应的粘接性能，在60℃加热5分钟后与锌片的粘接强度达到438kPa。技术研发人员：南静娅,王梓豪,陈日清,王春鹏,陈秀兰,李雨羲,纪青松,王楚楚,储富祥受保护的技术使用者：中国林业科学研究院林产化学工业研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26