[发明专利]工业大麻秆芯纤维素基温敏复合水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用工业大麻秆芯纤维素制造温度敏感性水凝胶的工艺技术，属于天然高分子材料技术领域。

背景技术

水凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物，是由高分子的三维网络与水组成的多元体系^[1]。根据水凝胶对外界刺激的响应情况，可以分为传统水凝胶和智能水凝胶。智能水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶^[2]。典型的外界刺激有温度、pH值、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等。由于智能型水凝胶在化学转换器、记忆元件开关、传感器、药物的控制释放体系、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的包埋等方面的潜在应用^[3]，因而对智能水凝胶的研究已经成为功能高分子研究领域的一大热点。

其中温敏性保水材料由于独特的相转变行为而逐渐受到了多个应用领域的广泛关注和深入研究。作为温敏性保水材料的一员，LCST（Low Critical Solution Temperature)型树脂能够在较高温度下发生大分子链聚集而收缩，使溶胀度急剧下降，而在低温时发生吸液溶胀行为^[4]。自1984年 Tanaka等人^[5]发现聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）水凝胶具有低温相转变温度的温敏现象以来，PNIPAAm相关的各类LCST型保水材料引起了人们极大的兴趣，关于LCST型保水材料的研究层出不穷，从理论和应用等方面均得到了详尽的探究和开发。另外，与LCST型材料相反，UCST（Upper Critical Solution Temperature)型水凝胶有一个高临界溶解温度，低于此温度时润胀的凝胶发生体积收缩，处于释水状态，高于此温度时则再度润胀，处于吸水状态。与LCST型相比较，UCST型保水材料的相关研究多集中于不可再生循环利用的合成类高分子领域，而对于原料可再生、产品可降解的天然高分子而言，例如纤维素，在该类温敏水凝胶中的应用报道却相对较少。

在天然高分子改性研究的范畴中，纤维素主要来源于植物原料，自然界中植物的种类繁多，各种植物的资源量不尽相同，每类植物中所含纤维素量各不相同，每种植物原料中的纤维素微观构造和结构也相差较大，那么，在众多的植物种类中选择适用于UCST型水凝胶的纤维素原料是本申请的一个基础问题。

工业大麻是四氢大麻酚（THC）含量符合国际上广泛采用的欧盟标准(THC<0.3%)的大麻品种^[6]。工业大麻不具有毒品利用价值，其目的是最大限度地提高纤维、种子或油的产量，改良其品质，因此该种大麻主要是针对造纸业、纺织业和油料业进行定向培育^[7]。工业大麻包含两种不同部分：韧皮和秆芯。韧皮部分的纤维由于其长度的优势（在10-20mm范围内^[8]），在纺织、造纸、天然纤维复合材料等大规模纤维制造业中发挥着重要作用；而秆芯部分的纤维因其长度的局限性（大约在0.5mm左右^[8]）在造纸、纺织等多个制造业中的应用受到了很大限制，高附加值利用率低，现主要应用于纸浆厂或家用燃烧回收热能。 但是，不可否认的是大麻秆芯作为植物原料中的一种，它具有其他植物原料化学组成的相同点，其纤维素含量为46.8％^[9]，是秆芯主要的构成成分之一，从原料组分上证明工业大麻秆芯可作为纤维素功能材料的初始原料。

制备功能型温敏水凝胶对原料纤维的长度要求并不苛刻，所以在以纤维素为基础的UCST型温敏水凝胶的研究仍然是一片空白的前提下，将工业大麻秆芯用于制备该类功能材料，不仅使天然资源得到有效利用，还可以拓展秆芯纤维高附加值利用的道路。

参考文献

[1] 闫有旺. 智能型水凝胶[J]. 化学教学，2009，（10）：74-76.

[2] 刘晓华，王晓工，刘德山. 智能型水凝胶结构及响应机理的研究进展[J]. 化学通报，2000，（10）：1-6.

[3] 赵玉强，张志斌，刘宁等. 智能水凝胶的应用[J]. 现代化工，2007，27（3）：66-69. 

[4] 杨洁，霍丹群等. 温敏性PNIPAAm多孔水凝胶制备方法的研究进展[J]. 材料导报，2010，24（9）：62-70.

[5] Hirokawa Y, Tanaka T. Volume phase-transition in a nonionic gel [J]. J Chem Phys, 1984, 81(12): 6379-6380.