[发明专利]一种纤维素基高吸水材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维素基高吸水材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，采用复合纤维素酶+NaOH/尿素低温溶液体系对竹浆纤维素进行预处理；步骤2，根据步骤1处理后的竹浆纤维素接枝丙烯酸制备高吸水树脂。本发明以漂白竹浆为纤维原料，对漂白竹浆进行纤维素功能化改性，使制得的吸水材料具有优良的吸水性能及保水性能。

技术领域

本发明属于纤维素资源的功能化及高值化应用技术领域，涉及一种纤维素基高吸水材料的制备方法。

背景技术

纤维素是世界范围内最丰富的生物资源之一，具有易降解的物理化学性能。天然纤维素是无毒无害、价格低廉的可再生资源，且具有潜在的生物降解性，因而在石油资源渐趋枯竭的今天，有效开发和利用纤维素材料对改善生态环境，增加能源、发展新型材料等具有重要意义。目前制备高吸水树脂的原料主要是石化资源，因其不可再生、不能循环使用和不可降解对环境污染大等缺点。必须寻找替代原料既能达到性能要求又能克服以上缺点，而这方面的原料主要有：植物资源及天然高分子原料。竹纤维来源丰富，能够实现吸水材料的可再生性和降解性，降低对环境的污染，本文选择其作为主要原料，制备高吸水材料，将其应用于农业生产、污水处理以及医用卫生等领域可达到绿色发展的目的。在环保要求日益紧迫的今天，开发纤维素系高吸水材料既提高人们的生活质量，又实现环境的友好发展，具有一定的经济价值和社会意义。纤维素系高吸水性树脂因其原料纤维素分子链上存在大量的亲水性基团，且这些亲水性基团能与大部分小分子发生化学反应，而体现出优异的吸水和保水性能，另外，纤维素本身是植物的主要成分，易生物降解，内部密集分布有大量的毛细管，表面积大，在吸水和环保方面也体现了优越的性能。

纤维素是自然界中存在最丰富的多糖，构成植物的主要成分，来源极其广泛。天然纤维素分子具有刚性平整结构，含有大量亲水基团—羟基，能与大部分小分子化合物发生反应，得到取代度较高的衍生物，且纤维素纤维物质内部有许多毛细管，表面积较大，适合作为吸水材料。近30年来利用天然高分子特别是纤维素系高吸水性树脂及其衍生物经化学反应制取吸水性物质的研究受到越来越多的重视。纤维素吸水材料发展迅猛，产品种类和应用领域不断扩大，成为高吸水性材料的主要产品之一。利用纤维素作为原料可提升纤维素的经济附加值，同时拓展吸水树脂的应用领域。

高吸水材料兴起于20世纪60年代，是一种不溶性亲水高聚物，呈现为适度交联的三维网状结构。它能够吸收几十到几千倍的蒸馏水、盐水和生理液，呈凝胶状且保水性好。高吸水材料一般划分为淀粉系、合成树脂系和纤维素系三种。在过去的几十年中，人们对利用各种材料制备高吸水性材料进行了广泛的研究。目前，应用最广泛的是高吸水性树脂(SPAs)，它能吸收自身几千倍重的水量，具有优良的吸水保水能力，被大量应用在一次性卫生用品、工业、农业和医药等领域。然而，现有的高吸水性材料大多是以丙烯酸(AA)或丙烯酰胺(Am)为基础的合成聚合物，属于生物不相容和不可降解材料，它们的降解性差，对环境不友好。同时，由于保水能力差，成本高，限制了它们的实际应用。基于世界卫生组织的呼吁，出于对环境的保护和对资源的可持续发展，研究的重点即转移到纤维素基高吸水材料。

吸水性物质与人类生活、生产及工作等的关系极为密切。在长期的生产实践中，人们普遍使用一些具有吸湿性能的天然物质或合成型产品作为主要的吸水材料，如日常生活和医药卫生领域中使用的卫生纸、卫生巾、纸尿裤、脱脂棉等；以及如琼脂、冻胶、明胶、甘露聚糖类热时溶解、分散，冷后能保持一定形状的物质；作为真空干燥剂和吸湿除湿剂使用的硅胶、活性炭、氧化钙、分子筛等。这些吸水和吸湿材料多直接采用天然物质或通过简单加工制得，也有通过化学反应而得到。其特点是来源广泛，价格低廉，但吸水能力小，仅能吸收自身质量的百分之几十甚至更少的水，且吸水后加压易失水，保水能力差，远远不能满足人们的要求。因此，他们的应用受到了极大的限制，开发吸水保水性能更好的吸水材料势在必行。为了更有效地利用和开发天然资源并高效运用到实际生产生活中，研制高吸水保水及耐盐性能的材料是目前的主要方向。