[发明专利]一种木质素螯合亚锡水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素螯合亚锡水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)从生物质中提取木质素；b)将木质素、亚锡化合物、丙烯基单体形成混合水溶液，然后在引发剂作用下聚合形成水凝胶。本发明所使用的木质素为生物质中提取，具有污染少，成本低的优点，有利于实现工业化生产；所制备的水凝胶可用于智能生物材料、食品安全、生物医药等领域，且水凝胶材料易生物降解，具有极高的潜在价值。

技术领域

本发明属于天然高分子材料领域，具体涉及一种木质素螯合亚锡水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶在可伸缩生物电子、软体机器人、环境修复等领域引起了广泛的关注。大多数水凝胶是由聚合物的多重交联、金属离子-聚合物配位和主-客体超分子相互作用制备的复合材料(J.Sun,Nature 2012,489,133-136)。然而，水凝胶的实际应用往往受到其脆性、延展性低等机械性能的限制。例如：由于缺乏抵抗外力作用下能量耗散的机制，大多数水凝胶在机械力作用下很容易断裂。此外，多功能水凝胶的制备方法通常需要一定的外界刺激(温度、光等)、或需要添加有毒的化学试剂、过程比较繁琐且经济成本高。

儿茶酚-金属基水凝胶因其高强度、延展性、粘附性和导电性等而被广泛研究，应用于储能、环境修复、生物工程、黏附材料、以及人工智能等领域。特别是乙烯基单体、含儿茶酚的大分子与过渡金属的配位共聚是制备功能性水凝胶的有效途径。例如：铁离子作为一种典型的过渡金属被广泛应用于多功能水凝胶的合成。铁离子作为内聚性桥梁将聚合物分子连接，形成可逆的共价键，并赋予水凝胶一定的机械强度和韧性(E.Filippidi,Science 2017,358,502-505；H.Lee,Adv.Mater.2018,30,1805091.)。通过金属与儿茶酚的配位所形成水凝胶的性质取决于儿茶酚与金属分子间和分子内的相互作用。对于以往报道的大多数儿茶酚金属基水凝胶，其力学性能弱、透光率低、电导率低、凝胶反应时间长等问题都不可避免地阻碍了其实际应用(H.Zeng,P.Natl.Acad.Sci.USA 2010,107,12850-12853；M.A.Darabi,Adv.Mater.2018,29,1700533；H.Qin,Nat.Commun.2019,10,1-11)。因此，利用高效的金属诱导交联方法，开发一种机械性能、光学性能、导电性能显著提高、凝胶时间大大缩短的儿茶酚基水凝胶，以满足实际应用的需要是迫切需要的。金属锡在自然界广泛存在，是最常用的五金之一。有人提出，锡离子对乙烯基单体的聚合发挥积极的作用，因为已知它与乙烯基可以形成配合物，且所形成的配合物具有较高的导电性，是用于锂离子电池的良好材料(Hiroyuki Yamaguchi,Journal of Power Sources,2015,275,1-5)。但通常锡又被认为对环境有一定的影响，而被盲目的替代。导致其在多功能水凝胶的制备却鲜有应用。如果既能实现锡基配合物的高价值利用，又能保证锡离子在配合物中的稳定性，将对金属锡在能源的利用有极大的促进。

因此，有必要开发一种简单有效的途径，以实现锡金属离子在多功能水凝胶的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，开发了木质素/Sn²⁺催化体系，利用木质素与亚锡离子结合，在室温下通过氧化还原反应将两者共聚得到多功能水凝胶，为水凝胶在可穿戴电子设备和组织工程等领域的应用提供了新途径。相较于以往所使用的金属(如铁、铝、银等金属)，本发明木质素/锡离子催化体系的设计使凝胶的形成耗时更短、且无需外界因素刺激，实现了水凝胶的高透明度、高强度、高导电性的多重优势。

本发明提供一种木质素螯合亚锡水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)木粉经蒸煮或球磨方法得到木质素；

(2)将木质素、亚锡金属盐、乙烯基单体加入到去离子水中混合，然后将引发剂滴入到混合液中，持续搅拌直至聚合形成凝胶。

优选地，步骤(1)所述的木粉包括杉木粉、巴沙木粉、桐木粉、松木粉。