CN102702538B

CN102702538B - 一种木粉掺杂水凝胶的制备方法

Info

Publication number: CN102702538B
Application number: CN2012101899970A
Authority: CN
Inventors: 卢芸; 孙庆丰; 刘一星; 李坚
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: CN102702538A

Abstract

一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，涉及水凝胶的制备方法。本发明提供一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，可高效利用低质木材资源，提高其使用价值。方法：一、在四口烧瓶中，加入预聚体和去离子水，搅拌至溶解，得混合溶液A；二、加入引发剂和交联剂，搅拌至溶解，制得混合溶液B；三、将预处理的球磨木粉与混合溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于50～80℃下反应，得反应物；四、将反应物清洗，干燥，粉碎，制得木粉掺杂水凝胶。本发明制备过程简单、易于操作和控制。木粉掺杂水凝胶在去离子水中的吸水倍率为500～1800。木粉掺杂水凝胶可在保水固沙、园林栽培、日用化工等方面得到广泛应用。

Description

一种木粉掺杂水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及水凝胶的制备方法。

背景技术

高分子水凝胶是指能够迅速吸收并保持大量水分而又不溶于水的低交联度材料，它具有高分子电解质特性和三维网络结构，是一类集吸水、保水、缓释于一体并发展迅速的功能高分子材料。高分子水凝胶材料本身所具有的优越性能已经引起众多研究者极大地兴趣与关注，相应的贮备与开发研究也日新月异，其应用已深入到农、林、园艺栽培、沙漠防治、医疗卫生、生物医药、建筑、石油化工、日用化工、食品、电子和环保等各个领域，并仍在向更广阔的应用领域拓展。

生物质资源是最引人关注的石油替代资源，以木质纤维素为代表的生物质资源由于其独特的可再生性和二氧化碳中性成为研究的热点。而我国的速生小径材、枝桠材、木材加工剩余物等低质木材资源储量十分丰富，如何高效开发利用这部分资源以制备高附加值材料受到了广泛关注。

发明内容

本发明提供一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，可高效利用低质木材资源，提高其使用价值。

本发明木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入10～40g的预聚体和15～70mL去离子水，搅拌至预聚体溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入引发剂和交联剂，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B，引发剂和交联剂的质量比为1∶1，引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶125～500；三、将预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.2～1.5∶1～4，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于50～80℃下反应2～8小时，得反应物；四、将反应物清洗，干燥，粉碎，制得木粉掺杂水凝胶；其中步骤一所述预聚体为巴豆酸、异巴豆酸、肉桂酸、异肉桂酸、丁炔二酸、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、淀粉、壳聚糖、明胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丙烯酸中的任意一种或其中几种的混合物；步骤二中所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、硫酸铈或硫酸铈铵；步骤二中所述交联剂为双乙烯基交联剂、四甲基乙二胺或戊二醛，其中双乙烯基交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或双丙烯酸乙二醇酯。

本发明的优点如下：

1、本发明制备过程简单、易于操作和控制。

2、本发明中的木粉掺杂水凝胶在去离子水中的吸水倍率为500～1800，在质量浓度0.9％的NaCl溶液中的吸收倍率为60～100。吸水后的水凝胶具有交联网络结构、均匀透明且富有弹性。通过调节体系的温度、反应时间、交联剂用量、木粉活化条件等，可调节水凝胶的溶胀比、弹性模量等性能参数。

3、本发明使用的木粉原料属木材加工和林场修护的损耗剩余物，不会对制备的木粉掺杂水凝胶产生毒性；本发明中的木粉掺杂水凝胶安全无毒且可生物降解，不会给环境带来污染。

4、本发明的原料来源广泛，成本低，可比纯丙烯酸保水剂的成本降低30～40％；同时可高效利用低质木材资源，拓宽低质木材和加工剩余物的用途，提高其使用价值，为低质木材资源的高效利用提供了新途径。本发明中的木粉掺杂水凝胶可在保水固沙、园林栽培、日用化工等方面得到广泛应用。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入10～40g的预聚体和15～70mL去离子水，搅拌至预聚体溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入引发剂和交联剂，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B，引发剂和交联剂的质量比为1∶1，引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶125～500；三、将预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.2～1.5∶1～4，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于50～80℃下反应2～8小时，得反应物；四、将反应物清洗，干燥，粉碎，制得木粉掺杂水凝胶；其中步骤一所述预聚体为巴豆酸、异巴豆酸、肉桂酸、异肉桂酸、丁炔二酸、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、淀粉、壳聚糖、明胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丙烯酸中的任意一种或其中几种的混合物；步骤二中所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、硫酸铈或硫酸铈铵；步骤二中所述交联剂为双乙烯基交联剂、四甲基乙二胺或戊二醛，其中双乙烯基交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或双丙烯酸乙二醇酯。

本实施方式所述预聚体为混合物时，各组分之间按任意比混合。

本实施方式所述预聚体为丙烯酸时，需用加入8mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中和掉丙烯酸中一部分羧基，中和度为50％～80％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中加入20～30g的预聚体和30～50mL去离子水。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中加入25g的预聚体和40mL去离子水。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶150～450。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶200～400。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶300。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中预处理的球磨木粉的制备方法具体为：将针叶树材或阔叶树材的加工剩余物球磨1～8小时，得木粉，然后用1～12mol/L的酸于0～70℃温度下浸泡木粉1～3小时，将浸泡后的木粉于105℃真空干燥12～15小时，然后过60～200目筛，即得到预处理的球磨木粉；其中所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、丙酸中的任意一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至六之一相同。

本实施方式中所述酸为混合物时，各组分之间按任意比混合。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.5～1.0∶2～3。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.8∶2.5。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入20g的丙烯酸和30mL去离子水，搅拌滴加20mL 8mol/L的氢氧化钠溶液至澄清，再加入12.5g壳聚糖，搅拌至溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入0.04g过硫酸钾和0.04g N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B；三、将10g预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于70℃下反应5小时，得反应物；四、将反应物用去离子水清洗，于80℃干燥，粉碎，过40目筛，制得木粉掺杂水凝胶。

本实施方式步骤三中预处理的球磨木粉的制备方法具体为：将针叶树材的加工剩余物球磨6小时，得木粉，然后用6mol/L的盐酸于30℃温度下浸泡木粉3小时，将浸泡后的木粉于105℃真空干燥14小时，然后过100目筛，即得到预处理的球磨木粉。

本实施方式制得的木粉掺杂水凝胶的吸去离子水倍率为500～800。

具体实施方式十一：本实施方式木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入15g的丙烯酸和30mL去离子水，搅拌滴加20mL 8mol/L的氢氧化钾溶液至澄清，再加入10g海藻酸钠，搅拌至溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入0.04g过硫酸钾和0.04g N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B；三、将10g预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于80℃下反应5小时，得反应物；四、将反应物用去离子水清洗，于70℃干燥，粉碎，过60目筛，制得木粉掺杂水凝胶。

本实施方式步骤三中预处理的球磨木粉的制备方法具体为：将针叶树材的加工剩余物球磨6小时，得木粉，然后用6mol/L的硫酸于30℃温度下浸泡木粉3小时，将浸泡后的木粉于105℃真空干燥14小时，然后过100目筛，即得到预处理的球磨木粉。

本实施方式制得的木粉掺杂水凝胶的吸去离子水倍率为800～1500。

具体实施方式十二：本实施方式木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入6g的丙烯酰胺、8g羧甲基纤维素钠和40mL去离子水，搅拌至溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入0.04g过硫酸铵和0.04g N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B；三、将8g预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于73℃下反应7小时，得反应物；四、将反应物用去离子水清洗，于80℃干燥，粉碎，过80目筛，制得木粉掺杂水凝胶。

本实施方式步骤三中预处理的球磨木粉的制备方法具体为：将针叶树材的加工剩余物球磨6小时，得木粉，然后用6mol/L的磷酸于30℃温度下浸泡木粉3小时，将浸泡后的木粉于105℃真空干燥14小时，然后过100目筛，即得到预处理的球磨木粉。

本实施方式制得的木粉掺杂水凝胶的吸去离子水倍率为1000～1600。

Claims

1.一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于木粉掺杂水凝胶的制备方法，按以下步骤进行：一、在装有机械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压加料管的四口烧瓶中，加入10～40g的预聚体和15～70mL去离子水，搅拌至预聚体溶解，得混合溶液A；二、向混合溶液A中加入引发剂和交联剂，搅拌至完全溶解，制得混合溶液B，引发剂和交联剂的质量比为1∶1，引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶125～500；三、将预处理的球磨木粉与步骤二制得的混合溶液B混合，预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.2～1.5∶1～4，搅拌均匀，得混合溶液C，将混合溶液C置于50～80℃下反应2～8小时，得反应物；四、将反应物清洗，干燥，粉碎，制得木粉掺杂水凝胶；其中步骤一所述预聚体为巴豆酸、异巴豆酸、肉桂酸、异肉桂酸、丁炔二酸、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、淀粉、壳聚糖、明胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丙烯酸中的任意一种或其中几种的混合物；步骤二中所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、硫酸铈或硫酸铈铵；步骤二中所述交联剂为双乙烯基交联剂、四甲基乙二胺或戊二醛，其中双乙烯基交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺或双丙烯酸乙二醇酯；

步骤三中预处理的球磨木粉的制备方法具体为：将针叶树材或阔叶树材的加工剩余物球磨1～8小时，得木粉，然后用1～12mol/L的酸于0～70℃温度下浸泡木粉1～3小时，将浸泡后的木粉于105℃真空干燥12～15小时，然后过60～200目筛，即得到预处理的球磨木粉；其中所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、丙酸中的任意一种或其中几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤一中加入20～30g的预聚体和30～50mL去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤一中加入25g的预聚体和40mL去离子水。

4.根据权利要求1或2所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶150～450。

5.根据权利要求1或2所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶200～400。

6.根据权利要求1或2所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤二中引发剂和交联剂的总质量与预聚体的质量比为1∶300。

7.根据权利要求4所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤三中预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.5～1.0∶2～3。

8.根据权利要求4所述的一种木粉掺杂水凝胶的制备方法，其特征在于步骤三中预处理的球磨木粉与混合溶液B中预聚体的质量比为0.8∶2.5。