纤维素制备水凝胶的研究

1、 纤维素制备水凝胶的研究 指导教师：姚新建（教授） 学 生：文俊俊 1 背景部分1实验部分 2 实验小结3 主要内容2 背景部分 纤维素是一种储存量多、可降解、可再生的绿色资源，属多羟基化合物并有亲水性。天然的纤维素是无味的白色丝状物。纤维素在室温下比较稳定，因为纤维素分子间存在氢键。纤维素是合成水凝胶的主要原料之一，来源丰富，价格低廉，因此有很大的发展前景。 1 Zhu Shengdong,Wu Yuanxin.Chen Qiming,etal.J,Green Chem,2006,8(4):325.2 景占鑫,孙晓锋,王海洪,等. J. 材料导报,2012,07:83-88.3 背景部分 羧

2、甲基纤维素，是纤维素的羧甲基团取代产物;含有多羟基多羧基的高分子多糖，是白色絮状的纤维粉末，无味、无毒性；本身就具有一定的吸水能力，因此，由该材料制备的水凝胶不仅含水量高，而且生物降解性好；易溶于水，能形成具有一定黏度的透明状的中性或者微碱性溶液 。 水凝胶是一类三维网状结构的聚合物，作为一种高吸水性材料，具有很强的吸水、保水性能，在水中能够溶胀吸收大量的水而自身又不会溶解。水凝胶可应用在许多领域。如：日常用品、生物医学、农业、工业用品、化学化工、建筑等领域。近几年来，我国对水凝胶的需求是越来越大，所以研究水凝胶对未来的发展有着重要的作用。1聂华荣,柳明珠.J.功能高分子学报,2003,16(

3、4):553-556.2叶青,孙晓锋,景占鑫,王广征,李亚婧. J. 现代化工,2012,05:62-66. 4纤维素0.30g 羧甲基纤维素（CMC）0.35g 实验部分 丙烯酸(AA) 3ml 过硫酸铵 N,N-亚甲基双丙烯酰胺80恒温水浴水凝胶一、制备水凝胶的实验流程图碱纤维素碱化 NaOH、30、1h醚化 CH3COOCI、65、2h无水乙醇洗涤至中性抽滤、烘干反应6h5 实验部分二、水凝胶性能的测定1、水凝胶吸水率的测定准确称取一定质量干燥的水凝胶放入盛有蒸馏水的烧杯中，放置一定的时间，至水凝胶达到吸水平衡，再称量吸水后水凝胶的质量。根据下面的公式计算吸水率： Q=(m2-m1)/

4、m1 式中：Q:吸水率 m1：干燥的水凝胶的质量，m2: 吸水平衡后水凝胶的质量 。2、保水性能 将纯化后的水凝胶取出，称取相同质量的两块水凝胶置于表面皿上，分别在25、60的环境下，每隔2小时,称量水凝胶的质量，称重后立刻放回原处。根据下面的式子可以计算保水率： W=(m4/m3)100%式中：W：保水率 m4:干燥后水凝胶的质量，m3:干燥前水凝胶的质量。6三、水凝胶的结果分析 1、水凝胶的保水性能曲线 实验部分8h 25 W=97.59% 60 W=87.68%7 实验部分2、水凝胶的吸水率曲线 该类水凝胶是一种高分子电解质，通过渗透压完成吸水。水凝胶的网络结构中接点数增加，孔隙减小。8

5、 3、引发剂用量对水凝胶吸水性能的影响 实验部分 引发剂一般是带有弱键、易分解成活性种的化合物，能引发单体进行聚合反应的物质。 引发剂种类很多，包括过氧化合物、偶氮类及氧化还原引发剂等。 引发剂用量对水凝胶吸水性能的影响还是很大的。 1 龙明策,王鹏,郑彤. J. 高分子材料科学与工程,2002,05:31-352 刘翠云,陆昶,宋文生,等. J. 广州化工,2007,03:35-37.9 4、交联剂用量对水凝胶吸水性能的影响 实验部分 交联剂是在线型分子间起桥联作用，使多个线型分子相互交联成网络结构的物质。 交联剂用量是形成三维网状结构大小的关键因素。 1 鲍莉,申艳敏,张胜利.J. 化工进

6、展,2010,S1:606-608.2 陈世兰,贾云,陈勇,等. J. 重庆科技学院学报,2011,03:122-125.10 5、NacI盐溶液浓度对水凝胶吸水性能的影响 实验部分 水凝胶是高分子电解质，分子上有许多可电离的基团。当NacI盐浓度增大时，该水凝胶的电离平衡向左移动，即电离度减小。电离度的减小，会使粘度增大，所以吸水率下降。11 6、pH对水凝胶吸水性能的影响 实验部分 1 殷以华,董慧,季兴敏,等. J. 化学学报,2007,03:271-278 2 裴勇,陈捷. J. 现代化工,2004,S1:76-79. 3周益名,付时雨,杨韶平,詹怀宇. J. 中国造纸学报,2012,02:40-44.pH7.0时，pH的变化对水凝胶吸水率的影响很大。12 1、以纤维素为原料，丙烯酸为单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，在一定条件下合成纤维素水凝胶。2、纤维素水凝胶的吸水率随着时间的延长而增大，直到达吸水平衡。3、CMC与AA的质量比是1:9、交联剂用量是AA的0.6%、CMC与引发剂的比例是25、合成温度是80，是合成纤维素水凝胶的最佳配比。4、在相同的实