专利名称：一种吸水性纤维素水凝胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种吸水性纤维素水凝胶及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术：
植物纤维素是地球上最丰富的可再生资源，羧甲基纤维素是纤维素的一种衍 生物，和纤维素一样，同属于环境友好材料。充分利用纤维素和羧甲基纤维素不 仅可以保护环境，而且可以节省有限的石油资源。近来，水凝胶的制备和应用发 展比较迅速，它们诸多优点如吸水性、环境敏感性、保水性、生物相容性等使其 备受关注。已报道的主要是合成高分子水凝胶，它们不能生物降解而使其生产应 用受到局限。而有关纤维素水凝胶的报道目前都是以纤维素衍生化之后的衍生物 为原料，得不到很好的强度。因此限制了这类材料的进一步发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸水性纤维素水凝胶及其制备方法和用途，因该吸 水性纤维素水凝胶的制备方法简单，原料成本低，整个工艺过程无污染，所得产 品含水量高，具有盐敏感性，生物相容性好，生物可降解，并表现出更优异的性 能。特别是引入羧甲基纤维素使得该水凝胶具有很高的溶胀度，所以该材料在农 业以及生理卫生领域具有广泛的应用前景。
实现本发明目的所采用的技术方案为该吸水性纤维素水凝胶采用如下方法 制备将羧甲基纤维素、纤维素分别溶解于NaOH质量百分比浓度为6 10%、 尿素质量百分比浓度为4 12%的NaOH/尿素的水溶液中，得到质量百分比浓度 为1~5%的羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液和质量百分比浓度为1~5%的 纤维素的NaOH/尿素组合水溶液；然后将羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶 液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液按重量比为9: 1 ~h 9混合，搅拌均匀得 混合溶液，再加入需要量的交联剂环氧氯丙垸，经化学交联反应，置于凝胶温度 下直至形成吸水性纤维素水凝胶，其吸水率为50~1000g/g，所用羧甲基纤维素、 纤维素的粘均分子量为3万~10万
与已有技术相比较，本发明具有如下优点
本发明以来源最丰富的天然高分子纤维素及其衍生物为原料，其中，溶解过 程为十分简便、快速，无污染的过程。本制备方法及其制得的水凝胶，比已有的方法有明显的技术进步。其中，交联反应也十分迅速，对温度要求不高，有利于 工业化生产，废液容易回收循环使用。本发明以氢氧化钠、尿素、水为原料，价 格便宜，操作简单方便，对环境无污染。特别是引入羧甲基纤维素使得该水凝胶 具有很高的溶胀度。
附图为本发明制备的吸水纤维素水凝胶在各种状态下的照片(a)吸水后处 于溶胀状态下的水凝胶；(b)干凝胶；(C)在氯化钠溶液中收縮后的水凝胶。
具体实施例方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明 实施例l
将3克羧甲基纤维素分散于97克含6 wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶 液中，在室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分子量 Mn=3.5xl04)分散于97克含6 wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶液中，预冷 至-20 -10。C， 5-24小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取90g羧甲基纤维 素溶液和10g纤维素溶液混合，其中羧甲基纤维素和纤维素的重量比为9: 1， 羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧氯丙垸滴加到100g混合 溶液中，升温至60°<:， 2小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量比为9: l的 吸水纤维素水凝胶。吸水率为1000g/g。
实施例2
将3克羧甲基纤维素分散于97克含8 wt% NaOH和10 wt%尿素的混合水溶液中，在 室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分子量Mn=3.5xl04)分散于 97克8 wt% NaOH和10 wt。/。尿素的混合水溶液中，预冷至-20 ~-10 °C， 5 ~24小时后解冻 搅拌得到透明的纤维素溶液。取80g羧甲基纤维素溶液和20g纤维素溶液混合，其中羧甲基 纤维素和纤维素的重量比为8: 2，羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧 氯丙烷滴加到100g混合溶液中，升温至50"C， 6小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量 比为8: 2的吸水纤维素水凝胶。吸水率为800g/g。
实施例3
将3克羧甲基纤维素分散于97克含6wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶液中，在室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分子量 Mn=3.5xl04)分散于97克含6wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶液中，预冷 至-20 -10。C， 5 24小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取70g羧甲基纤 维素溶液和30g纤维素溶液混合，其中羧甲基纤维素和纤维素的重量比为7: 3， 羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧氯丙烷滴加到100g混合 溶液中，升温至40°<:， 10小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量比为7: 3 的吸水纤维素水凝胶。吸水率为500g/g。 实施例4
将3克羧甲基纤维素分散于97克含6~8 wt% NaOH和10 ~12wt%尿素的混 合水溶液中，在室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分 子量M^3.5xl0"分散于97克含6~8 wt% NaOH和10 ~12wt%尿素的混合水溶 液中，预冷至-20~-10°<3， 5 24小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取60g 羧甲基纤维素溶液和40g纤维素溶液混合，其中羧甲基纤维素和纤维素的重量比 为6: 4，羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧氯丙烷滴加到 100g混合溶液中，升温至30。C， 12小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量比 为6: 4的吸水纤维素水凝胶。吸水率为400g/g。
实施例5
将3克羧甲基纤维素分散于97克含8 wt% NaOH和10 wt%尿素的混合水 溶液中，在室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分子量 M^3.5xl04)分散于97克含8 wt% NaOH和10 wt%尿素的混合水溶液中，预 冷至_20 ~-10 °C, 5 ~24小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取50g羧甲基 纤维素溶液和50g纤维素溶液混合，其中羧甲基纤维素和纤维素的重量比为5: 5，羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧氯丙烷滴加到100g 混合溶液中，升温至60。C， 2小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量比为5: 5的吸水纤维素水凝胶。吸水率为200 g/g。
对实施例5制得的吸水纤维素水凝胶做吸水试验，结果见附图，图中a为吸 水后处于溶胀状态下的水凝胶照片；b为千凝胶照片；c为在氯化钠溶液中收縮 后的水凝胶照片。
实施例6
将3克羧甲基纤维素分散于97克含6 wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶液中，在室温下搅拌均匀直至羧甲基纤维素溶解。将3克纤维素(粘均分子量 Mn=3.5xl04)分散于97克含6 wt% NaOH和4 wt%尿素的混合水溶液中，预冷 至-20 ~-10 °C, 5 24小时后解冻搅拌得到透明的纤维素溶液。取卯g羧甲基纤 维素溶液和lOg纤维素溶液混合，其中羧甲基纤维素和纤维素的重量比为1: 9，
羧甲基纤维素和纤维素合占溶液的3%。将10ml的环氧氯丙烷滴加到100g混合 溶液中，升温至60。C， 2小时后得到羧甲基纤维素和纤维素的重量比为1: 9的 吸水纤维素水凝胶。吸水率为50g/g。
上述实施例中原料纤维素用的都是粘均分子量M^3.5xl04的纤维素，实际 中，原料纤维素粘均分子量为3万 10万时都能满足溶解的要求，均可采用。
权利要求
1. 一种吸水性纤维素水凝胶，其特征在于采用如下方法制备将羧甲基纤维素、纤维素分别溶解于NaOH质量百分比浓度为6～10％、尿素质量百分比浓度为4～12％的NaOH/尿素的水溶液中，得到质量百分比浓度为1～5％的羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液和质量百分比浓度为1～5％的纤维素的NaOH/尿素组合水溶液；然后将羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液按重量比为9∶1～1∶9混合，搅拌均匀得混合溶液，再加入需要量的交联剂环氧氯丙烷，经化学交联反应，置于凝胶温度下直至形成吸水性纤维素水凝胶，其吸水率为50～1000g/g，所用羧甲基纤维素、纤维素的粘均分子量为3万～10万。
2. 权利要求1所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是具体制备步骤 为将羧甲基纤维素、纤维素分别溶解于NaOH质量百分比浓度为6 100/0、 尿素质量百分比浓度为4~12%的NaOH/尿素的水溶液中，得到质量百分比浓 度为1~6%的羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液和质量百分比浓度为 1~6%的纤维素的NaOH/尿素组合水溶液；然后将羧甲基纤维素的NaOH/尿 素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液按重量比为9: 1 ~1: 9混合， 搅拌均匀得混合溶液，再加入需要量的交联剂环氧氯丙垸，经化学交联反应， 置于凝胶温度下直至形成吸水性纤维素水凝胶，所用纤维素的粘均分子量为 3万 10万。
3. 根据权利要求2所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是将羧甲 基纤维素室温下添加到NaOH/尿素组合水溶液中搅拌均匀直至羧甲基纤维素 溶解,得到羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液。
4. 根据权利要求2所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是将纤维 素室温下添加到NaOH/尿素组合水溶液中搅拌均匀后，在-20~-10 °C冷冻5 ~24小时，解冻搅拌，得到纤维素的NaOH/尿素组合水溶液。
5. 根据权利要求2所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是加入的 环氧氯丙烷的量与混合溶液的比例为0.5 1.5ml/10g。
6. 根据权利要求2所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是凝胶温 度为30~60°C。
7. 根据权利要求2所述的吸水性纤维素水凝胶的制备方法，其特征是凝胶时 间为2 12小时。
全文摘要
本发明涉及一种吸水性纤维素水凝胶及其制备方法，该水凝胶的制备方法为将羧甲基纤维素、纤维素分别溶解于NaOH浓度为6～10wt％、尿素浓度为4～12wt％的NaOH/尿素的水溶液中，得到浓度为1～5wt％的羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液和浓度为1～5wt％的纤维素的NaOH/尿素组合水溶液；然后将羧甲基纤维素的NaOH/尿素组合水溶液与纤维素的NaOH/尿素组合水溶液按重量比为9∶1～1∶9混合，搅拌均匀得混合溶液，再加入需要量的交联剂环氧氯丙烷，经化学交联反应，置于凝胶温度下直至形成吸水性纤维素水凝胶，其吸水率为50～1000g/g。这种水凝胶具有很好的盐敏感性和高吸水性，可以广泛应用在农业，卫生以及医药领域。
文档编号C08J3/075GK101445609SQ20081019764
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者常春雨, 张俐娜 申请人:武汉大学