[发明专利]一种利用酿酒葡萄残渣制备自修复抗冻水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种基于低共熔溶剂从废弃葡萄残渣中提取的纤维素纳米晶设计Pickering乳液型微胶囊，并制备自修复抗冻水凝胶的方法，反应包括：(1)葡萄残渣经粉碎、脱脂、脱木素、氧化漂白、洗涤等预处理后，在由L‑苹果酸和氯化胆碱形成的低共熔溶剂中提取纤维素纳米晶；(2)亚麻籽油、去离子水、纤维素纳米晶在匀浆机高速搅拌下，自组装形成Pickering乳液型微胶囊；(3)利用功能性微胶囊通过原位聚合制备聚丙烯酰胺型自修复抗冻水凝胶。

技术领域

本发明利用低共熔溶剂从酿酒葡萄残渣中绿色提取纤维素纳米晶，自组装形成Pickering乳液构筑功能性微胶囊设计制备一种功能性自修复抗冻水凝胶，属于功能高分子领域。

背景技术

作为一种新兴的高分子柔性材料，水凝胶由于其独特的结构和优异的性能，在生物医学、组织工程、柔性传感等领域展示了广阔的发展前景。然而，传统的水凝胶具有机械强度低和受环境影响大的缺陷，一旦受外界干预导致自身结构出现损伤，水凝胶的各项性能将受到影响。克服这些问题将会对水凝胶的实际应用起到很大的推动作用。将自修复机制引入到水凝胶中，将延长水凝胶的寿命，提高材料的安全可靠性。外援型自修复指材料在受到损伤后，在外加修复剂的作用下实现自愈合，具有修复速率快等优势，常见的有微胶囊或微脉管包覆法。

目前，采用Pickering乳液作为外援型修复剂引起了越来越多人的关注。Pickering乳液是指纳米颗粒均匀分散到一种液体上得到的热力学不稳定分散体系。相比于其他方法，Pickering乳液法利用固体颗粒代替传统的稳定剂，减少了有毒有害物质的加入，提高了水凝胶体系的安全性，且大大降低了生产成本。常用的固体颗粒包括氧化石墨烯、氧化锌、二氧化硅等，天然高分子也逐渐引起了研究人员的关注。

纤维素纳米晶是从纤维素中提取的棒状纳米结晶，是一种来源丰富、相容性高、可降解的天然高分子材料。自被研究发现至今，它表现出了很多令人感兴趣的特性，比如较高的机械强度、高模量、丰富的活性基团等，被广泛地应用于生物医学、超级电容器、乳液等领域。纤维素纳米晶可以从植物、细菌、微晶纤维素等原料中提取，常用的提取方法有硫酸水解、酶解法、氧化法、机械崩解等。低共熔溶剂法作为一种新兴的方法拥有独特优势，例如原子利用率高、溶剂安全无毒、节约成本等，同时水解过程对纤维素纳米晶表面进行改性，提高了其潜在的应用价值。

本专利首先从废弃的葡萄残渣中提取纤维素，利用低共熔溶剂法提取纤维素纳米晶，再将得到的纤维素纳米晶、亚麻籽油、去离子水通过自组装的方法形成Pickering乳液，最后Pickering乳液、过硫酸钾溶液、丙烯酸单体、甘油在一定条件下反应，成功制备了自修复抗冻水凝胶。该方法为废弃果蔬残渣的处理和纤维素纳米晶的提取提供了一种绿色环保的思路，实现了废弃物的可持续利用，同时，外援型修复剂和甘油的加入，赋予了水凝胶自修复和抗冻的性能，为自修复抗冻水凝胶的制备提供了一种新的思路，将大大扩宽水凝胶的应用领域。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种利用低共熔溶剂从废弃葡萄残渣中提取纤维素纳米晶参与制备Pickering乳液型微胶囊，并设计自修复抗冻水凝胶的方法。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，

1.一种利用酿酒葡萄残渣制备自修复抗冻水凝胶的方法，其特征在于，包括以下两个步骤：

（1）从酿酒葡萄残渣中提取纤维素纳米晶制备Pickering乳液型微胶囊，首先，利用低共熔溶剂在机械搅拌的条件下提取纤维素纳米晶：废弃葡萄残渣经粉碎、脱脂、脱木素、氧化漂白、洗涤等预处理后，与一定比例低共熔溶剂（氯化胆碱、L-苹果酸），在合适温度和合适搅拌速率下反应一段时间。其特征在于，低共熔溶剂水解纤维素的非晶区，通过降解反应加速了纤维素纳米晶的提取，

其中，按摩尔比，L-苹果酸：氯化胆碱=1：0.1~10，

所述一定比例为1：50~150，

所述合适温度为10~120℃，