一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用，其制备包括以下步骤：将琥珀酰壳聚糖溶解于碱性水溶液中；逐渐加入羟乙基纤维素，充分溶解；加入环氧氯丙烷，分散均匀；升温至60℃后保温反应4小时得到水凝胶；切块后分别用去离子水和乙醇交替洗涤，干燥即得到改性羟乙基纤维素超吸水凝胶。本发明专利技术所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的吸水和吸盐水性能都可根据不同具体使用要求，通过分别调节琥珀酰壳聚糖和交联剂的用量、氢氧化钠浓度等制备工艺参数进行调控；由于羟乙基纤维素基材和改性组分均为天然高分子，资源丰富，且该超吸水凝胶具有良好的土壤持水、保水和降解性能，具有环保和可持续发展的特点。

Modified hydroxyethyl cellulose super absorbent gel and preparation method and application thereof

The invention discloses a modified hydroxyethyl cellulose super absorbent gel and its preparation method and application. The preparation comprises the following steps: dissolving succinyl chitosan in an alkaline aqueous solution, adding hydroxyethyl cellulose, fully dissolved, adding epoxy chloropropane and dispersing evenly; heating to 60 C for 4 hours after heating. The hydrogel was obtained and washed by deionized water and ethanol separately after drying. The modified hydroxyethyl cellulose superabsorbent gel was obtained. The water absorption and saltwater absorption properties of the modified hydroxyethyl cellulose super absorbent gel can be regulated according to the requirements of different specific use, by adjusting the dosage of succinyl chitosan and the crosslinking agent and the concentration of sodium hydroxide, respectively. The hydroxyethyl fibrin base material and the modified component are both natural high grades. The super absorbent gel has good soil water holding capacity, water retention and degradation properties, and has the characteristics of environmental protection and sustainable development.

【技术实现步骤摘要】
一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于功能高分子
，具体涉及一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
随着当今全球变暖，土地沙漠化的问题日益严重，如何改善土壤保水、持水能力，提高水的有效利用率是人们研究的一大热点。超吸水凝胶具有良好的吸水和保水能力，然而目前大多数的超吸水凝胶是以丙烯酸，丙烯酰胺为原料制备而来的，这类不可再生且难降解的原料应用在广阔的土地上，显然会造成新的问题。随着石油资源的日渐枯竭，越来越多的人们把超吸水凝胶的研发转向可再生、易降解的天然高分子领域。纤维素为地球上分布最广、储量最大的天然高分子，具有可再生、无毒、可降解和成本低等优点。但是由于纤维素不能溶解于水溶液中，这很大程度限制了纤维素的应用。羟乙基纤维素是一种非离子型纤维素醚，由于其非离子型的性质，不易受到溶液中离子的影响。因此，羟乙基纤维素除了具有良好的溶解性以及突出的吸水和保水性能以外，还具有优异的耐盐性能。甲壳素在自然界中同样分布广泛，是储量仅次于纤维素的天然高分子。壳聚糖为甲壳素脱乙酰后的产物。壳聚糖一般不溶于水和碱性溶液也对壳聚糖的应用造成显著影响。琥珀酰壳聚糖是一种壳聚糖衍生物，分子链含有大量的羧基，具有很好的溶解性、吸湿和保湿性能。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种具有优异的吸水、吸盐水、土壤降解、土壤持水和保水性能的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其为下述方法所得产物：所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶是以羟乙基纤维素为基材，通过琥珀酰壳聚糖对其进行共混和交联改性而成。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶是将琥珀酰壳聚糖溶解于碱性水溶液中；于快速搅拌下，缓慢加入羟乙基纤维素，直至羟乙基纤维素分散均匀，然后于快速搅拌下，加入交联剂，搅拌直至交联剂分散均匀；接着升温至60℃保温反应4小时后得到水凝胶；最后将水凝胶切块，用去离子水和乙醇交替分别洗涤至少三次，干燥即得。作为上述技术方案的改进，所述琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素的质量比为1:99～40:60，并且所述琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素的总浓度为50g·L-1；所述交联剂的质量为琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素总质量的35～94wt％。作为上述技术方案的改进，所述交联剂为环氧氯丙烷。作为上述技术方案的改进，所述碱性水溶液为20～100g·L-1的NaOH水溶液。一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的制备方法，包含如下步骤：步骤一、将琥珀酰壳聚糖溶解于碱性水溶液中，所述琥珀酰壳聚糖的浓度为1～20g·L-1；步骤二、将步骤一所得溶液于快速搅拌下，缓慢加入羟乙基纤维素，直至羟乙基纤维素分散均匀，所述琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素的质量比为1:99～40:60；步骤三、将步骤二所得溶液于快速搅拌下，加入交联剂，搅拌直至交联剂分散均匀，所述交联剂的质量为琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素总质量的35～94wt％；步骤四、将步骤三所得溶液加热保温反应后得到水凝胶；步骤五、将步骤四所得水凝胶切块后，用去离子水和乙醇交替分别洗涤至少三次，干燥即得到羟乙基纤维素超吸水凝胶。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述步骤一中，碱性水溶液为20～100g·L-1的NaOH水溶液。作为上述技术方案的改进，所述步骤三中，交联剂为环氧氯丙烷，所述加热温度为60℃，保温反应时间为4小时。作为上述技术方案的改进，所述步骤五中，干燥方式为低温烘干或冷冻干燥，烘干温度低于60℃。如上所述的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的应用，其特征在于：所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶应用在农业和个人卫生材料领域。羟乙基纤维素和琥珀酰壳聚糖均为亲水性高分子，由于羟乙基纤维素为非离子型高分子，具有突出的耐盐性；而琥珀酰壳聚糖为离子型高分子，具有优异的吸湿和保湿性，所以，通过离子型高分子对非离子型高分子进行共混改性，可以实现两者的协同作用，从而提升超吸水凝胶的吸水和吸盐水效果。此外，交联剂环氧氯丙烷与上述两种天然高分子均存在同种和异种分子间交联作用，因此，制备得到的超吸水凝胶具有新型的微观分子结构。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：本专利技术所述超吸水凝胶的基材均为天然高分子，资源丰富，具有可再生性。随着石油资源的日益枯竭，天然高分子基超吸水凝胶具有可持续发展的特点。本专利技术所述超吸水凝胶以羟乙基纤维素为基材，采用琥珀酰壳聚糖对其进行共混改性制备一种新型超吸水凝胶。通过非离子型高分子(羟乙基纤维素)和离子型高分子(琥珀酰壳聚糖)之间的协同作用，使改性后的超吸水凝胶具有良好的吸水和吸盐水性能。本专利技术所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶具有良好的土壤持水和保水性能，有助于农业节水。本专利技术所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶具有良好的土壤降解性，不仅环保无污染，而且具有改良土壤的效果。本专利技术所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的吸水和吸盐水性能都可根据不同具体使用要求，通过分别调节琥珀酰壳聚糖和交联剂的用量、氢氧化钠浓度等制备工艺参数进行调控；而改变超吸水凝胶的用量可以调节土壤的持水和保水性能。本专利技术所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶可用于农业和个人卫生材料领域。本专利技术制备工艺简单，便于实现产业化，具有广阔的应用前景。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1：本专利技术中改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的制备示意图；图2：本专利技术中实施例1制备的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的扫描电镜图。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其它方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实施例1一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，通过如下方法制备得到：(1)将0.3g的琥珀酰壳聚糖溶解于20mL30g·L-1NaOH水溶液中；(2)将上述溶液于快速搅拌下，逐渐加入0.7g的羟乙基纤维素，使其充分溶解；(3)于快速搅拌下，往复合溶液中加入0.59g交联剂环氧氯丙烷，搅拌直至环氧氯丙烷分散均匀；(4)升温至60℃保温反应4小时后得到水凝胶；(5)将上述水凝胶切块后，用去离子水和乙醇交替分别洗涤三次，冷冻干燥即得到改性羟乙基纤维素超吸水凝胶。通过称重法对超吸水凝胶的吸水性能进行测试，吸水率根据式(1)计算：W为超吸水凝胶在吸水平衡时的质量(g)，Wd为干态超吸水凝胶吸水前的初始质量(g)。超吸水凝胶的吸盐水率(0.9wt％NaCl)也根据式(1)计算。本实施例制备得到改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的吸水率和吸盐水率分别达到480g/g和98g/g，结果表明该超吸水凝胶具有良好的吸水和吸盐水性能。图1为本实施例制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于，其为下述方法所得产物：所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶是以羟乙基纤维素为基材，通过琥珀酰壳聚糖对其进行共混和交联改性而成。

【技术特征摘要】
1.一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于，其为下述方法所得产物：所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶是以羟乙基纤维素为基材，通过琥珀酰壳聚糖对其进行共混和交联改性而成。2.如权利要求1所述的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于：所述改性羟乙基纤维素超吸水凝胶是将琥珀酰壳聚糖溶解于碱性水溶液中；于快速搅拌下，缓慢加入羟乙基纤维素，直至羟乙基纤维素分散均匀，然后于快速搅拌下，加入交联剂，搅拌直至交联剂分散均匀；接着升温至60℃保温反应4小时后得到水凝胶；最后将水凝胶切块，用去离子水和乙醇交替分别洗涤至少三次，干燥即得。3.如权利要求2所述的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于：所述琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素的质量比为1:99～40:60，并且所述琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素的总浓度为50g·L-1；所述交联剂的质量为琥珀酰壳聚糖与羟乙基纤维素总质量的35～94wt％。4.如权利要求2～3所述的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于：所述交联剂为环氧氯丙烷。5.如权利要求2所述的改性羟乙基纤维素超吸水凝胶，其特征在于：所述碱性水溶液为20～100g·L-1的NaOH水溶液。6.一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一、将琥珀酰...

【专利技术属性】
技术研发人员：何广华，吕翠芳，庆笑艳，赵洒，柴赟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42