聚糖基柔性可穿戴复合膜材料的制备方法及复合膜

本发明属于柔性可穿戴复合膜材料制备，具体涉及聚糖基柔性可穿戴复合膜材料的制备方法及复合膜。

背景技术：

1、随着人工智能和可穿戴电子器件的蓬勃发展，具有持久柔韧性、重量轻、加工方便、可穿戴性可靠的柔性材料逐渐成为研究热点。柔性可穿戴技术（flexible wearabletechnology）是一种结合柔性电子技术和可穿戴设备的创新技术，它将电子元件集成到柔性的、可弯曲的材料中，使其能够贴合人体曲线并与身体接触，从而实现舒适、自然的穿戴体验。总之而言，柔性可穿戴技术是一种将非常薄、轻巧、柔性的电子设备集成到穿戴式设备上的新型技术，旨在提高穿戴式设备的舒适性和自然性。传统的可穿戴技术通常采用刚性的电子元件和硬质材料，这限制了设备的舒适性和可灵活性。柔性可穿戴技术的出现改变了这一局面，它利用了柔性电子器件的独特特性，如柔性电路、柔性传感器、柔性显示屏等，将其集成到可穿戴设备中。

2、目前，各种可穿戴柔性材料，包括电子皮肤，薄膜，凝胶和纺织品，在医疗保健，健康监测，智能生物防护和电磁干扰(emi)屏蔽等领域得到了广泛的应用。柔性可穿戴技术是一种新兴的电子技术，其主要特点是采用柔性、超薄和轻量级的电子器件，以裸片、纳米薄膜等方式符合人体曲面，并将其集成到不同类型的材料上，具有高度的柔性和可曲性。然而，柔性可穿戴技术也面临一些挑战和限制。柔性电子器件的制造和集成需要先进的制造工艺和材料，成本较高，并且稳定性和耐久性仍需改进，以满足长时间佩戴和频繁弯曲的要求。

3、柔性薄膜方面，现有文献表明，张等人提出一种全新的基于柔性薄膜材料的高灵敏度、多参数汗液成分分析传感器，对敏感材料的特性及高灵敏度捕获机理进行了研究分析，设计了一种抗干扰信号采集电路，最终完成传感器样品制备，并搭建测试环境，对其关键性能指标进行了测试。钟等人采用二维材料mxene和高导电聚合物聚(3，4-乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(pedot:pss)作为复合材料，以可拉伸的且具有微结构的ecoflex作为柔性基底，制备了一种压阻式柔性压力传感器。杨等人提出了一种薄膜柔性声学传感器(fa-tes)，可在多种应用中探测超宽带声学信号。该装置由两层铜包覆的聚氯乙烯薄膜组成，在声波的刺激下，两层薄膜相互接触，产生摩擦静电信号。在摩擦面上制造的互锁纳米柱阵列被视为一种高度自适应的间隔物，使该装置能够响应超宽带声波信号(100 hz-4mhz)，并提高传感器对薄膜微弱振动的灵敏度。上述柔性薄膜的制作需要先进的制造工艺和材料，成本较高，并且稳定性和耐久性仍需改进，以满足长时间佩戴和频繁弯曲的要求。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供聚糖基柔性可穿戴复合膜材料的制备方法及复合膜，具有良好的溶胀性、导电性、拉伸性、电磁屏蔽性、抗菌性和方法简单的特点。

2、聚糖基柔性可穿戴复合膜材料的制备方法，按质量比，包括以下步骤：

3、步骤1，将羧甲基淀粉及去离子水混合，在不断搅拌状态下，逐渐升温至70～80℃，搅拌20～40min，使羧甲基淀粉完全糊化澄清，得到羧甲基淀粉分散液；

4、步骤2，将1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺分别溶解于去离子水中，获得edc溶液和nhs溶液，将edc溶液和nhs溶液依次倒入处于搅拌状态的羧甲基淀粉分散液中活化羧基，室温下搅拌15~30min；

5、步骤3，将氨基化多壁碳纳米管和盐酸多巴胺分别分散于去离子水中，随后将盐酸多巴胺溶液倒入氨基化多壁碳纳米管分散液中混合后，获得混合溶液为氨基化多壁碳纳米管/盐酸多巴胺分散液，将氨基化多壁碳纳米管/盐酸多巴胺分散液缓慢倒入处于搅拌状态的羧甲基淀粉分散液中，搅拌30~60min；通过edc/nhs协同作用，使羧基相继与氨基化多壁碳纳米管、盐酸多巴胺和羧甲基壳聚糖中的氨基发生酰胺化反应，实现分子的交联和固定；制得羧甲基淀粉/氨基化多壁碳纳米管/盐酸多巴胺分散液；

6、步骤4，将羧甲基壳聚糖和聚乙烯醇分别与去离子水混合，在不断搅拌状态下，逐渐升温至85～95℃，搅拌20～40min，使得羧甲基壳聚糖和聚乙烯醇完全溶解呈透明，得到羧甲基壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液；

7、步骤5，将制得的羧甲基壳聚糖溶液处于搅拌状态的羧甲基淀粉/氨基化多壁碳纳米管/盐酸多巴胺分散液中，相继将聚乙烯醇溶液倒入处于搅拌状态的羧甲基淀粉/氨基化多壁碳纳米管/盐酸多巴胺分散液中；调节ph至8～10，使得多巴胺单体发生聚合反应，自聚合形成聚多巴胺分散液，制得羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖分散液；

8、步骤6，向制得羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖分散液中加入丙三醇，持续成膜反应30-60min，随后倒入膜具晾干，脱模，即得到羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料。

9、所述的步骤1中，羧甲基淀粉和去离子水的质量比为1：10-15；搅拌速度为300-500r/min；糊化反应温度为70～80℃；反应时间为20～40min。

10、所述的步骤2中，edc与水的质量比为1：4-10；nhs与水的质量比为1：4-10；活化温度为室温；反应时间为15~30min；搅拌速度为300-500 r/min。

11、所述的步骤3中，氨基化多壁碳纳米管与水的质量比为1：8-15；盐酸多巴胺与水的质量比为1：4-10；交联反应温度为室温；反应时间为30-60min；搅拌速度为300-500 r/min。

12、所述的步骤4中，羧甲基壳聚糖和去离子水的质量比为1：15-25；聚乙烯醇和去离子水的质量比为1：45-60；搅拌速度为300-500r/min；反应温度为85～95℃；反应时间为20～40min。

13、所述的步骤5，反应时间为20～40min；搅拌速度为 300-500r/min；使用1 mol/l的naoh溶液调节ph。

14、所述的步骤6，丙三醇2-3g，搅拌速度为 300-500r/min；成膜反应30-60min。

15、所述的聚糖柔性可穿戴复合膜材料，按重量计，包括以下组分：

16、羧甲基淀粉1-3g；

17、去离子水20-30g；

18、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺0.4-0.5g；

19、n-羟基琥珀酰亚胺0.5-0.6g；

20、氨基化多壁碳纳米管0.5-1.5g；

21、盐酸多巴胺0.5-1.5g；

22、羧甲基壳聚糖1-3g；

23、聚乙烯醇0.05-0.15g；

24、丙三醇2-3g。

25、本发明的有益效果是：

26、本发明的目的在于提供羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料的制备方法。本发明以绿色、可再生、可生物降解的天然高分子材料羧甲基淀粉和羧甲基壳聚糖为基底，氨基化多壁碳纳米管和盐酸多巴胺为基本原料；利用edc/nhs活化羧甲基淀粉中的羧基，通过edc/nhs协同作用，使羧基相继与氨基化多壁碳纳米管、盐酸多巴胺和羧甲基壳聚糖中的氨基发生酰胺化反应，实现分子的交联和固定；根据多巴胺在碱性环境下发生的自聚反应，从而形成深褐色的聚多巴胺，聚多巴胺具有易于制备和修饰、粘附性强、生物相容性、卓越的光热转换性能等优点，利用聚多巴胺的强粘附性可将氨基化多壁碳纳米管稳定的固定于柔性基底表面；随后加入聚乙烯醇和丙三醇以提高整体的粘附性和柔韧性，经室温干燥后制得柔性可穿戴复合薄膜材料。羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料，连接电路可使得小灯泡发光，由此得出具有良好的导电性；羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料，具有良好的电磁屏蔽性能，有较好的电磁屏蔽效果；羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料工艺简易，且成本低廉、生产效率高；羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料，具有较好的力学性能，有较好的可拉伸性能；羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料，具有良好的抗菌性能，有较好的抑菌效果。本发明方法制备的羧甲基淀粉/氨基化碳纳米管/聚多巴胺/羧甲基壳聚糖柔性可穿戴复合膜材料，具有以下优点：本发明方法制备的柔性可穿戴复合膜材料具备良好溶胀性、良好导电性、拉伸性、抗菌性、电磁屏蔽性，且具有制备方法简易的特点。本发明的柔性可穿戴复合膜材料绿色环保且效率较高。

27、本发明使用绿色、可再生、可生物降解的天然高分子材料——羧甲基淀粉和羧甲基壳聚糖为基底。引入氨基化多壁碳纳米管，其具有良好的导电性、化学稳定性和生物相容性，其作为复合材料增强体，表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性；聚多巴胺的强粘附性可将氨基化多壁碳纳米管稳定的固定于柔性基底表面。本发明制作工艺简易，且成本低廉、生产效率高。