纖維素制備水凝膠的研究

1、 纖維素制備水凝膠的研究 指導教師：姚新建（教授） 學 生：文俊俊 1 背景部分1實驗部分 2 實驗小結(jié)3 主要內(nèi)容2 背景部分 纖維素是一種儲存量多、可降解、可再生的綠色資源，屬多羥基化合物并有親水性。天然的纖維素是無味的白色絲狀物。纖維素在室溫下比較穩(wěn)定，因為纖維素分子間存在氫鍵。纖維素是合成水凝膠的主要原料之一，來源豐富，價格低廉，因此有很大的發(fā)展前景。 1 Zhu Shengdong,Wu Yuanxin.Chen Qiming,etal.J,Green Chem,2006,8(4):325.2 景占鑫,孫曉鋒,王海洪,等. J. 材料導報,2012,07:83-88.3 背景部分 羧

2、甲基纖維素，是纖維素的羧甲基團取代產(chǎn)物;含有多羥基多羧基的高分子多糖，是白色絮狀的纖維粉末，無味、無毒性；本身就具有一定的吸水能力，因此，由該材料制備的水凝膠不僅含水量高，而且生物降解性好；易溶于水，能形成具有一定黏度的透明狀的中性或者微堿性溶液 。 水凝膠是一類三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，作為一種高吸水性材料，具有很強的吸水、保水性能，在水中能夠溶脹吸收大量的水而自身又不會溶解。水凝膠可應用在許多領域。如：日常用品、生物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)用品、化學化工、建筑等領域。近幾年來，我國對水凝膠的需求是越來越大，所以研究水凝膠對未來的發(fā)展有著重要的作用。1聶華榮,柳明珠.J.功能高分子學報,2003,16(

3、4):553-556.2葉青,孫曉鋒,景占鑫,王廣征,李亞婧. J. 現(xiàn)代化工,2012,05:62-66. 4纖維素0.30g 羧甲基纖維素（CMC）0.35g 實驗部分 丙烯酸(AA) 3ml 過硫酸銨 N,N-亞甲基雙丙烯酰胺80恒溫水浴水凝膠一、制備水凝膠的實驗流程圖堿纖維素堿化 NaOH、30、1h醚化 CH3COOCI、65、2h無水乙醇洗滌至中性抽濾、烘干反應6h5 實驗部分二、水凝膠性能的測定1、水凝膠吸水率的測定準確稱取一定質(zhì)量干燥的水凝膠放入盛有蒸餾水的燒杯中，放置一定的時間，至水凝膠達到吸水平衡，再稱量吸水后水凝膠的質(zhì)量。根據(jù)下面的公式計算吸水率： Q=(m2-m1)/

4、m1 式中：Q:吸水率 m1：干燥的水凝膠的質(zhì)量，m2: 吸水平衡后水凝膠的質(zhì)量 。2、保水性能 將純化后的水凝膠取出，稱取相同質(zhì)量的兩塊水凝膠置于表面皿上，分別在25、60的環(huán)境下，每隔2小時,稱量水凝膠的質(zhì)量，稱重后立刻放回原處。根據(jù)下面的式子可以計算保水率： W=(m4/m3)100%式中：W：保水率 m4:干燥后水凝膠的質(zhì)量，m3:干燥前水凝膠的質(zhì)量。6三、水凝膠的結(jié)果分析 1、水凝膠的保水性能曲線 實驗部分8h 25 W=97.59% 60 W=87.68%7 實驗部分2、水凝膠的吸水率曲線 該類水凝膠是一種高分子電解質(zhì)，通過滲透壓完成吸水。水凝膠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中接點數(shù)增加，孔隙減小。8

5、 3、引發(fā)劑用量對水凝膠吸水性能的影響 實驗部分 引發(fā)劑一般是帶有弱鍵、易分解成活性種的化合物，能引發(fā)單體進行聚合反應的物質(zhì)。 引發(fā)劑種類很多，包括過氧化合物、偶氮類及氧化還原引發(fā)劑等。 引發(fā)劑用量對水凝膠吸水性能的影響還是很大的。 1 龍明策,王鵬,鄭彤. J. 高分子材料科學與工程,2002,05:31-352 劉翠云,陸昶,宋文生,等. J. 廣州化工,2007,03:35-37.9 4、交聯(lián)劑用量對水凝膠吸水性能的影響 實驗部分 交聯(lián)劑是在線型分子間起橋聯(lián)作用，使多個線型分子相互交聯(lián)成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。 交聯(lián)劑用量是形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大小的關鍵因素。 1 鮑莉,申艷敏,張勝利.J. 化工進

6、展,2010,S1:606-608.2 陳世蘭,賈云,陳勇,等. J. 重慶科技學院學報,2011,03:122-125.10 5、NacI鹽溶液濃度對水凝膠吸水性能的影響 實驗部分 水凝膠是高分子電解質(zhì)，分子上有許多可電離的基團。當NacI鹽濃度增大時，該水凝膠的電離平衡向左移動，即電離度減小。電離度的減小，會使粘度增大，所以吸水率下降。11 6、pH對水凝膠吸水性能的影響 實驗部分 1 殷以華,董慧,季興敏,等. J. 化學學報,2007,03:271-278 2 裴勇,陳捷. J. 現(xiàn)代化工,2004,S1:76-79. 3周益名,付時雨,楊韶平,詹懷宇. J. 中國造紙學報,2012,02:40-44.pH7.0時，pH的變化對水凝膠吸水率的影響很大。12 1、以纖維素為原料，丙烯酸為單體，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，在一定條件下合成纖維素水凝膠。2、纖維素水凝膠的吸水率隨著時間的延長而增大，直到達吸水平衡。3、CMC與AA的質(zhì)量比是1:9、交聯(lián)劑用量是AA的0.6%、CMC與引發(fā)劑的比例是25、合成溫度是80，是合成纖維素水凝膠的最佳配比。4、在相同的實