[发明专利]菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶及其制法与应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

菠萝渣作为菠萝加工过程中产生的主要废料，被丢弃在环境中，既造成大量的资源浪费，也会加剧环境污染程度。研究表明菠萝渣中含有大量的半纤维素，这为菠萝渣的深加工和综合利用提供了一个可以尝试的方向。半纤维素是一种低分子量的聚糖，主要结构单元有D-木糖，L-阿拉伯糖，D-半乳糖等中性糖和少量糖醛酸组成，半纤维素的结构当中含有很多的活性羟基，为半纤维素的改性提供基础，从而拓宽半纤维素的应用范围和领域。

水凝胶是一种亲水性聚合物，它能够吸收大量的水分，而自身又不会溶解，具有稳定的三维网络结构。根据对外界环境的响应程度不同，水凝胶可分为传统水凝胶和环境敏感性水凝胶。环境敏感性水凝胶能够对环境的微小变化，如温度、pH值、磁场、电场等产生响应，被广泛地应用于药物控制释放、固定化酶和组织工程等领域。

发明内容

为了克服现有技术中缺点和不足，本发明的目的在于提供一种菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的多孔水凝胶。本发明的多孔水凝胶具有良好的机械特性和溶胀性能，孔径大小可控、三维网络结构稳定等特点。

本发明的再一目的在于提供上述多孔水凝胶的应用。本发明制备的水凝胶可以作为药物释放载体、伤口敷料等应用到医药领域，也可以作为吸附剂应用于化学工业、环境保护等领域。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：

A：将菠萝渣经过预处理，再利用碱液分级抽提法提取预处理菠萝渣中半纤维素，洗涤、冷冻干燥，得到半纤维素；

B：将半纤维素溶解于去离子水中，加入致孔剂，加热搅拌，使其混合均匀并完全溶解，得到溶液Ⅰ；向溶液Ⅰ中加入单体和引发剂，继续搅拌，再加入交联剂，搅拌至体系溶解完全溶液呈澄清透明状态，静置，浸泡洗涤，冷冻干燥，得到菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶。

步骤A中所述预处理是指将菠萝渣粉粹过筛，然后用亚氯酸钠溶液于70-80℃进行脱木素预处理3～5h，在脱木素处理的过程中调节溶液pH为3.8-4.0；所述菠萝渣与亚氯酸钠溶液的质量体积比为1g:(15-25)mL；所述亚氯酸钠溶液中亚氯酸钠的质量百分数为5％-10％；所述调节pH的物质为醋酸。

步骤A中所述碱液分级抽提法分为三级抽提，每一级抽提中所述碱液的质量百分比浓度为1％-20％，所述抽提的温度为60-80℃，抽提的时间为2-5h；所述预处理菠萝渣与每一级抽提碱液的质量体积比为1g:(10-30)mL；所述碱液为NaOH水溶液、KOH水溶液或乙醇-NaOH。

步骤A中所述洗涤是指用体积分数为70％的乙醇溶液反复洗涤3-6次，所述冷冻干燥的条件为于-50℃冷冻干燥30h。

步骤B中所述半纤维素溶于去离子水后的质量浓度为2％-10％；所述致孔剂为聚乙二醇或海藻酸钠中的一种以上，所述聚乙二醇的分子量为1000-8000；所述致孔剂用量为半纤维素和单体总质量的0％-15％，所述加热搅拌的温度为40-60℃；步骤B中所述加热搅拌速度为300-600rpm。

步骤B中所述单体为丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯磺酸中的一种以上，所述单体用量与半纤维素用量的质量比为2:1-10:1。所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种，所述引发剂用量为半纤维素和单体总质量的1％-2％。

步骤B中所述继续搅拌的时间为5-10min，所述交联剂为N-N亚甲基双丙烯酰胺、环氧丙烷或戊二醛，所述交联剂用量为半纤维素和单体总质量的1％-5％。

步骤B中所述浸泡洗涤是指用蒸馏水浸泡洗涤3-7d，每隔8-24h换一次水；所述冷冻干燥的条件为：于-50℃冷冻干燥30h。

步骤B中所述静置时间为2-4h。

所述菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶由上述制备方法制备得到。

所述菠萝渣半纤维素基pH敏感型多孔水凝胶在药物释放载体、伤口敷料的医药领域，以及作为吸附剂的化学工业、环境保护领域。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明的水凝胶所用原料为农产品加工废料菠萝渣，来源丰富、价格低廉，可以实现变废为宝，有利于高值化利用农副产品，推动循环经济发展；