CN113201165B - 采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物基医用材料技术领域，具体涉及一种采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法。通过加入碱来提高木质素的溶解性，改善木质素那溶解难加工的技术难点，在电解发泡过程中十水合硫酸钠受热熔融分解出气体进而形成气孔同时水分被蒸发，进而形成半成品的粘胶海绵，再将半成品的粘胶海绵迅速浸入稀硫酸中并中和其中残余的氢氧化钠，进而制备出医用薄片海绵。制备方法简单，且所制备的木质素基医用薄片海绵材料具有亲水性好，柔软舒适，对皮肤无刺激等优点。

Description

采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法
技术领域
本发明属于生物基医用材料技术领域，具体涉及一种采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法。
背景技术
目前，人们常用的海绵由木纤维素纤维或发泡塑料聚合物制成，还有三类其他材料制成的合成海绵，分别为低密度聚醚(不吸水海绵)、聚乙烯醇(高吸水材料，无明显气孔)和聚酯，聚酯海绵广泛应用于医疗行业。而木质素广泛存在于自然界中是植物的三大组分之一，是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源，广泛来源于木材、竹子和纤维素工业残渣，成本极低，目前大多被作为燃料而浪费。木质素是由3种苯丙烷单元通过碳-碳键和醚键连接而成的具有三维网状结构的生物高分子，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香羟基等活性集团，氧化、酞化、磺化、缩聚和接枝共聚等反应性能在研究木质素的应用中显示着尤为重要的作用，同时也是扩大其应用的重要途径。作为典型的生物质材料，木质素是芳香族化合物中少有的可再生资源之一，如何有效利用木质素是生物质材料和生物质能源这两个领域的研究热点，用木质素制备医用薄片海绵可提高对环境资源的利用率，减缓生态资源的竞争压力。本专利制备的医用薄片海绵材料具有亲水性好，柔软舒适，对皮肤无刺激等优点,可用于医学护理、脑电心电等电极与皮肤接触导电等，可替代现有的聚氨酯薄片海绵材料，使得木质素在海绵制备中的应用成为可能。
在现有专利中，医用海绵材料多由纤维素，聚氨酯等材料合成，使用工业废弃生物质木质素做为原料制备医用海绵材料相对甚少。在大多数纤维素海绵专利中需要使用碱和二硫化碳与纤维素反应磺化，纤维素参与化学反应。公开号：CN103435848A的发明专利，公开了一种纤维素医用海绵的制备方法，其制备的海绵材料在吸水性、拉伸强度和抗菌性等方面较传统海绵有显著提升，但该方法过程工艺较为复杂且反应条件有所限制。公开号：CN112520841A的发明专利，公开了一种聚氨酯海绵生物填料及其制备方法，该方法制备的聚氨酯海绵吸附性能强，同时利用磁场作用提高微生物的活性，为微生物的快速、稳定生长提供有利条件，但其聚氨酯材料大多源于石油，废弃物会对环境造成污染且为不可再生资源。公开号：CN112521910A的发明专利，公开了一种海绵用高强度生物基粘合剂的制备方法，该方法制备的制备工艺操作过程绿色环保，制得的高强度生物基粘合剂，粘结强度高，并且易于降解，无腐蚀性，可有效的延长海绵的使用寿命，该材料虽有使用改性木质素，但仍以麻风树油为主，木质素只起辅助作用。公开号：CN107417980A的发明专利，公开了一种木浆海绵的制备方法，该方法制备的海绵制品拉力和使用寿命大幅提高，但该制备过程运用的是传统工艺，操作过程使用的部分药物会对环境造成污染，并且对药物的使用比例有严格控制。
阻碍木质素在其他领域应用的原因主要就是作为工业造纸废弃物的木质素是高聚物大分子，结构性质稳定，难以塑化加工，也很难找到合适的工业化应用价值，往往直接排放或就地焚烧，导致严重的环境污染问题。目前上述问题已得到广泛解决，虽然木质素发展了一些用作表面活性剂、肥料添加剂、农药缓释剂、植物生长调节剂等的用途，但附加值不高，也没有充分发挥木质素的结构特性。
发明内容
为了克服上述现有技术中的技术难题，本发明在现有纤维素海绵制备工艺技术的基础上进行优化，采用工业废弃生物质木质素作为原料制备医用薄片海绵，并具体提供了一种采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法。
为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：一种采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法，包括如下步骤：
将木质素、固体氢氧化钠和设定量的水充分混合制成均匀粘胶后在剪切混炼机(Z型捏合机)内加入设定量的固体十水合硫酸钠研磨并均匀混合制成高粘混合胶，高粘混合胶再采用螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状粘胶，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，得半成品粘胶海绵，半成品粘胶海绵经压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠(通过压缩可使硫酸迅速进入并快速中和氢氧化钠)，再经多次水洗置换后制成木质素基医用薄片海绵材料，最后紫外杀菌后保存。
作为优选，木质素、氢氧化钠、水及固体十水合硫酸钠的质量比为：30-40：5-10：5-10：40-60。进一步限定了木质素的选用，木质素为工业纯的碱木质素、木质素磺酸钠或木质素纤维中的一种或多种。
作为优选，保存方法为将木质素基医用薄片海绵材料加入质量浓度为0.5％的氯化镁水溶液密封保存。
与现有技术相比，本发明取得了如下有意技术效果：本发明通过加入碱来提高木质素的溶解性，改善木质素那溶解难加工的技术难点，在电解发泡过程中十水合硫酸钠受热熔融分解出气体进而形成气孔同时水分被蒸发，进而形成半成品的粘胶海绵，再将半成品的粘胶海绵迅速浸入稀硫酸中并中和其中残余的氢氧化钠，进而制备出医用薄片海绵。整个过程中充分利用了木质素在碱存在下溶解度大幅提高的特点，且与传统纤维素海绵工艺相比木质素几乎不参与化学反应。发泡后和中和后产生的十水合硫酸钠溶液经浓缩和重结晶后可重复利用。所制备的木质素基医用薄片海绵材料具有亲水性好，柔软舒适，对皮肤无刺激等优点,可用于医学护理、脑电心电等电极与皮肤接触导电等，可替代现有的聚氨酯薄片海绵材料。
附图说明
图1为本发明实施例中采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法的流程图。
具体实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明下面结合实施例作进一步详述：
实施例1
配方(质量份数，下同)：木质素磺酸钠40％；固体氢氧化钠10％；水10％；固体十水合硫酸钠40％。
制备方法：将上述配方中的木质素、氢氧化钠和水分充分混合制成均匀粘胶，然后在剪切混炼机内加入固体十水合硫酸钠研磨均匀成高粘混合胶，混合好的混合胶采用耐腐蚀螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，发泡后的半成品粘胶海绵压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，木质素固化成型，经5次水洗置换后制成海绵材料1，成品采用紫外杀菌后加入0.5％氯化镁水溶液密封保存。
实施例2
配方：碱木质素40％；固体氢氧化钠5％；水5％；固体十水合硫酸钠50％。
制备方法：将上述配方中的木质素、氢氧化钠和水分充分混合制成均匀粘胶，然后在剪切混炼机内加入固体十水合硫酸钠研磨均匀成高粘混合胶，混合好的混合胶采用耐腐蚀螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，发泡后的半成品粘胶海绵压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，木质素固化成型，经5次水洗置换后制成海绵材料2，成品采用紫外杀菌后加入0.5％氯化镁水溶液密封保存。
实施例3
配方：木质素纤维30％；固体氢氧化钠5％；水5％；固体十水合硫酸钠60％。
制备方法：将上述配方中的木质素、氢氧化钠和水分充分混合制成均匀粘胶，然后在剪切混炼机内加入固体十水合硫酸钠研磨均匀成高粘混合胶，混合好的混合胶采用耐腐蚀螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，发泡后的半成品粘胶海绵压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，木质素固化成型，经5次水洗置换后制成海绵材料3，成品采用紫外杀菌后加入0.5％氯化镁水溶液密封保存。
实施例4
配方：碱木质素30％；木质素磺酸钠10％；固体氢氧化钠10％；水10％；固体十水合硫酸钠40％。
制备方法：将上述配方中的木质素、氢氧化钠和水分充分混合制成均匀粘胶，然后在剪切混炼机内加入固体十水合硫酸钠研磨均匀成高粘混合胶，混合好的混合胶采用耐腐蚀螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，发泡后的半成品粘胶海绵压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，木质素固化成型，经5次水洗置换后制成海绵材料4，成品采用紫外杀菌后加入0.5％氯化镁水溶液密封保存。
实施例5
配方：碱木质素10％；木质素磺酸钠10％；木质素纤维10％；固体氢氧化钠10％；水5％；固体十水合硫酸钠55％。
制备方法：将上述配方中的木质素、氢氧化钠和水分充分混合制成均匀粘胶，然后在剪切混炼机内加入固体十水合硫酸钠研磨均匀成高粘混合胶，混合好的混合胶采用耐腐蚀螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，发泡后的半成品粘胶海绵压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，木质素固化成型，经5次水洗置换后制成海绵材料5，成品采用紫外杀菌后加入0.5％氯化镁水溶液密封保存。
表1.不同实例的撕裂性能及吸水性
Figure BDA0003048810840000061
上表分别是实施例和市售海绵在干态下采用GB T 1040.4-2006撕裂测试标准制备的海绵的撕裂强度，采用极限吸水法测试的极限吸水率，干态下表面滴加0.5微升蒸馏水30s后测试的接触角和样品颜色数据，从中可以看出采用电解法制备的木质素基医用薄片海绵材料的相比市售产品受到撕裂时韧性更强，极限吸水率更高，在干态使用时能够迅速吸收水分。这种木质素基医用薄片海绵材料具有亲水性好，柔软舒适，对皮肤无刺激等优点,可用于医学护理、脑电心电等电极与皮肤接触导电等，是现有的聚氨酯薄片海绵材料的优良替代产品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将木质素、固体氢氧化钠和设定量的水充分混合制成均匀粘胶后在Z型捏合机内加入设定量的固体十水合硫酸钠研磨并均匀混合制成高粘混合胶，高粘混合胶再采用螺杆挤出机在超高分子量聚乙烯传送带上挤出成薄片状粘胶，制成的薄片状粘胶分切后放入电解池通电发泡，得半成品粘胶海绵，半成品粘胶海绵经压缩后迅速浸入稀硫酸中中和残余的氢氧化钠，再经多次水洗置换后制成木质素基医用薄片海绵材料，最后紫外杀菌后保存。
2.根据权利要求1所述的电解法制备的木质素基医用薄片海绵材料的方法，其特征在于，木质素、氢氧化钠、水及十水合硫酸钠的质量比为：30-40：5-10：5-10：40-60。
3.根据权利要求1所述的电解法制备的木质素基医用薄片海绵材料的方法，其特征在于，所述木质素为工业纯的碱木质素、木质素磺酸钠或木质素纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的采用电解法制备木质素基医用薄片海绵材料的方法，其特征在于，保存方法为将木质素基医用薄片海绵材料加入质量浓度为0.5％的氯化镁水溶液密封保存。
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