通过氨基甲酸酯工艺的生物膜片及水凝胶制造技术

本发明专利技术提供了一种制备基于纤维素的材料的方法，其包括以下步骤：通过使用漂白剂和碱溶液从木质纤维素生物质获得纤维素来产生纤维素浆、干燥纤维素浆、由纤维素浆制备纤维素氨基甲酸酯、在第一温度下预冷却纤维素溶剂、将纤维素氨基甲酸酯溶解在预冷纤维素溶剂中来形成透明纤维素溶液、将透明纤维素溶液浇铸到浇铸板上，以及将浇铸板浸没在凝结剂中，直到透明纤维素溶液凝结来形成纤维素膜片。还公开了一种使用纤维素氨基甲酸酯制备水凝胶的方法。

Biological diaphragms and hydrogels through carbamate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过氨基甲酸酯工艺的生物膜片及水凝胶
本专利技术的实施例涉及一种制备基于纤维素的材料的方法，并且更具体地涉及由木质纤维素生物质制备基于纤维素的材料的方法，以及由木质纤维素生物质制备水凝胶的方法。此外，该方法廉价、有效且对环境友好。
技术介绍
木质纤维素材料(LCM)是最丰富的可再生生物质，且主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。LCM具有作为廉价且可再生原料用于不同应用的极大潜力。纤维素是最丰富的生物聚合物，其可从许多LCM资源获得。洋麻是认作是一种最重要的市售纤维源的一类植物。由洋麻芯浆(KCP)合成的纤维素氨基甲酸酯由于其天然的生物相容性质和其容易溶解在有机溶剂中的性质而得到了科学和技术上的关注。通常，需要用于纤维素的预处理方法，以便改变其结构和化学成分。已经开发了用于预处理纤维素的许多技术。涉及高温和高压的液体水的用于预处理纤维素的本领域中已知的各种技术是自动水解、水热处理、热压缩水(HCW)、水热解、液体热水(LHW)、水溶过程、水处理和在水中压力蒸煮。在常规方法如广泛用于人造纤维的商业制备的纤维胶工艺中，由木浆或棉绒制备的纤维素利用氢氧化钠(碱)处理，且然后利用二硫化碳(CS2)处理，带来了称为黄原酸纤维素的产品。此外，黄原酸纤维素溶解在氢氧化钠中，且碱性纤维素黄原酸形成称为纤维胶的稠溶液。人造丝通过迫使纤维胶穿过喷丝头中的微小开口而进入酸溶液来制作，其以细线的形式凝结。US2013197275A1描述了一种直接地结合至氧化丙烯块的基于法尼醇或至少部分地氢化的法尼醇的新型烷氧基化法尼醇烷氧基化物，且其还描述了制备这些烷氧基化物的工艺。此外，这些烷氧基化物可用于洗涤、清洗、清洁或精整成分、化妆成分、用于造纸的成分、农用化工成分、燃料添加剂和水性液体体系中的溶解辅助物。CA1245180A1描述了一种用于制造纤维素氨基甲酸酯纤维或膜的工艺。在此工艺中，纤维素和尿素在升高温度下反应来用于生产纤维素氨基甲酸酯，随后溶解在碱溶液中来产生纺丝溶液。纺丝溶液在酸沉降溶液中纺丝来获得纤维或膜。纤维素氨基甲酸酯在溶解于碱中之前经历0.05到10Mrad的辐射剂量。在经历照射之后，纤维素氨基甲酸酯是松散纤维的形式。CN102432894B描述了溶解在可用于制备纤维和膜的溶剂的组合中的纤维素氨基甲酸酯的形成。该溶剂是氢氧化钠和含0.1到3wt％的6到10wt％的氧化锌的水溶液。一定量的纤维素氨基甲酸酯在3到5小时内在-10到-20℃下分散在溶剂成分中。作为备选，可使用液态氮，其将冷冻时间间隔急剧减少到3到5分钟。执行了在不高于50℃的温度下融化样本且在4wt％到15wt％的高浓度下溶解来获得纤维素氨基甲酸酯溶液。具体而言，使用预处理来生产纤维素的常规方法的至少一个优点在于，其由于纤维素的物理变化(如，孔径和可及区域的增大)而导致了至纤维素结构的改善的可及性。尽管生产纤维素的常规方法可提供各种优点，如，上文所述的那些，但常规方法在各种其它问题上有限，如，需要很长反应时间、高温、催化剂和有机溶剂。此外，常规方法如纤维胶工艺产生大量有毒气体如CS2、H2S和重金属盐，从而引起污染。此外，由于产生的中间物(纤维胶)不稳定，故该工艺从开始就在无延迟的情况下执行来给出产物。另外，这些方法不是对环境友好和成本效益合算的。因此，现有技术中仍需要具有一种克服前述问题和不足的制备基于纤维素的材料的改进的方法。然而，本领域中仍需要一种制备基于纤维素的材料如纤维素膜片的方法。此外，其必须便于纤维素的快速溶解，因此缩短反应时段。另外，其应当是有效且对环境友好的方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的在于提供一种制备基于纤维素的材料如纤维素膜片的方法。提出的方法便于使用微波照射来快速溶解纤维素。此外，该方法加快与纤维素溶剂的有机反应，且因此将反应时段从几小时缩短至几分钟。另外，该方法相比于常规方法，处理廉价且简单。本专利技术提供了一种通过执行如权利要求1中提到的步骤来制备基于纤维素的材料的方法。本专利技术还可通过以任何适合的顺序执行权利要求1的步骤来执行。根据本专利技术的实施例，制备基于纤维素的材料的方法包括以下步骤：通过使用漂白剂和碱溶液从木质纤维素生物质获得纤维素来产生纤维素浆、干燥纤维素浆、由纤维素浆制备纤维素氨基甲酸酯、在第一温度下预冷却纤维素溶剂、将纤维素氨基甲酸酯溶解在预冷纤维素溶剂中来形成透明纤维素溶液、将透明纤维素溶液浇铸到浇铸板上，以及将浇铸板浸没在凝结剂中，直到透明纤维素溶液凝结来形成纤维素膜片。根据本专利技术的实施例，制备基于纤维素的材料的方法还包括以下步骤：制备金属氧化物-氧化石墨烯的纳米复合物、将金属氧化物-氧化石墨烯的纳米复合物混合成透明纤维素溶液来形成相互作用混合物、在凝结剂中凝结相互作用混合物，以及再生金属氧化物-氧化石墨烯纳米复合物纤维素膜片的高度多孔的结构。根据本专利技术的实施例，制备基于纤维素的材料的方法还包括以下步骤：制备多个固体颗粒、将多个固体颗粒加入透明纤维素溶液来形成纤维素溶液混合物、将纤维素溶液混合物分散到凝结剂中，以及再生纤维素溶液混合物来形成多个纤维素珠。根据本专利技术的实施例，获得纤维素的步骤包括以下步骤：由漂白剂来漂白木质纤维素生物质来除去溶解的木质素、以碱溶液处理漂白的木质纤维素生物质，以及以蒸馏水清洗处理的木质纤维素生物质来获得纤维素浆。根据本专利技术的实施例，制备纤维素氨基甲酸酯的步骤包括以下步骤：碾磨木质纤维素生物质来形成纤维素浆、将纤维素浆浸没到尿素溶液中、使纤维素浆和尿素溶液的混合物经历微波照射、将纤维素浆和尿素溶液的混合物浸没在冰浴中来停止纤维素浆和尿素溶液的混合物之间的反应，以及获得纤维素氨基甲酸酯，使纤维素氨基甲酸酯经历离心分离来除去多余的尿素且真空干燥纤维素氨基甲酸酯。根据本专利技术的实施例，纤维素氨基甲酸酯在80℃到100℃的温度下真空干燥12到24小时。作为优选，在80℃的温度下12小时。根据本专利技术的实施例，碱溶液是2％到6％(w/v)的NaOH溶液。作为优选，碱溶液是2％(w/v)的NaOH溶液。根据本专利技术的实施例，纤维素浆在105℃的温度下干燥24小时。根据本专利技术的实施例，纤维素溶液选自但不限于混合的水性氢氧化钠和尿素溶液、混合的水性氢氧化锂和尿素溶液以及它们的任何组合构成的集合。根据本专利技术的实施例，混合的水性氢氧化锂和尿素溶液和水以4.6:15的比例混合。根据本专利技术的实施例，第一温度在-12℃到-15℃的范围中。作为优选，第一温度是-13℃。根据本专利技术的实施例，纤维素氨基甲酸酯按重量以3％到7％的量在预冷纤维素溶剂中溶解5分钟。根据本专利技术的实施例，纤维素氨基甲酸酯；混合的水性氢氧化钠(NaOH)和尿素溶液；以及水在7:12:81的比例下混合。根据本专利技术的实施例，透明纤维素溶液是淡黄色的。根据本专利技术的实施例，浇铸板是但不限于玻璃板。根据本专利技术的实施例，凝结剂包括酸溶液。酸溶液是稀释的硫酸(H2SO4)。此外，稀释的硫酸(H2SO4)具有0到12％(v/v)的浓度。根据本专利技术的实施例，纤维素膜片以蒸馏水清洗，且在室温或在IR干燥器中空气干燥。根据本专利技术的实施例，透明纤维素溶液在混合金属氧化物-氧化石墨烯纳米复合物之前在-13℃到5℃之间的温度下有力搅拌。根据本专利技术的实施例，金属氧化物-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备基于纤维素的材料的方法，包括以下步骤：通过使用漂白剂和碱溶液从木质纤维素生物质获得纤维素来产生纤维素浆；干燥所述纤维素浆；从所述纤维素浆制备纤维素氨基甲酸酯，在第一温度下预冷纤维素溶剂；将所纤维素氨基甲酸酯溶解在所述预冷纤维素溶剂中来形成透明纤维素溶液，将所述透明纤维素溶液浇铸在浇铸板上；以及将所述浇铸板浸没在凝结剂中，直到所述透明纤维素溶液凝结来形成纤维素膜片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.06 MY PI20157025791.一种制备基于纤维素的材料的方法，包括以下步骤：通过使用漂白剂和碱溶液从木质纤维素生物质获得纤维素来产生纤维素浆；干燥所述纤维素浆；从所述纤维素浆制备纤维素氨基甲酸酯，在第一温度下预冷纤维素溶剂；将所纤维素氨基甲酸酯溶解在所述预冷纤维素溶剂中来形成透明纤维素溶液，将所述透明纤维素溶液浇铸在浇铸板上；以及将所述浇铸板浸没在凝结剂中，直到所述透明纤维素溶液凝结来形成纤维素膜片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：制备金属氧化物-氧化石墨烯纳米复合物，将所述金属氧化物-氧化石墨烯纳米复合物混合成透明纤维素溶液来形成相互作用的混合物；在所述凝结剂中凝结所述相互作用的混合物；以及再生金属氧化物-氧化石墨烯复合物纤维素膜片的高度多孔的结构。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：制备多个固体颗粒；将所述多个固体颗粒加入所述透明纤维素溶液来形成纤维素溶液混合物；将所述纤维素溶液混合物分散到所述凝结剂中；以及再生所述纤维素溶液混合物来形成多个纤维素珠。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取得纤维素的步骤包括以下步骤：通过所述漂白剂漂白所述木质纤维素生物质来除去溶解的木质素；以所述碱溶液处理所述漂白的木质纤维素生物质；以及以蒸馏水清洗所述处理的木质纤维素生物质来获得所述纤维素浆。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备纤维素的步骤包括以下步骤：碾磨所述木质纤维素生物质来形成所述纤维素浆；将所述纤维素浆浸没到尿素溶液中；使所述纤维素浆和所述尿素溶液的混合物经历微波照射；将所述纤维素浆和所述尿素溶液的混合物浸没在冰浴中来停止所述纤维素浆和所述尿素溶液的混合物之间的反应，且获得所述纤维素氨基甲酸酯；使所述纤维素氨基甲酸酯经历离心分离来除去多余尿素；真空干燥所述纤维素氨基甲酸酯。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纤维素氨基甲酸酯在80℃到100℃之间的温度下真空干燥12到24小时。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述纤维素氨基甲酸酯在80℃的温度下真空干燥12小时。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱溶液是2％到6％(w/v)的NaOH溶液。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述碱溶液是2％(w/v)的NaOH溶液。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素浆在105℃的温度下干燥24小时。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素溶剂选自混合的水性氢氧化钠(NaOH)和尿素溶液、混合的水性氢氧化锂和尿素溶液，以及它们的任何组合构成的集合。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述混合的水性氢氧化锂和尿素溶液，以及水以4.6:15的比例混合。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度在-12℃到-15℃的范围中。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一温度是-13℃。15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素氨基甲酸酯按重量以3％到7％的量溶解在所述预冷纤维素溶剂中5分钟。16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述纤维素氨基甲酸酯、混合的水性氢氧化钠(NaOH)和尿素溶液，以及水以7:12:81的比例混合。17.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉尼·毕恩蒂·扎卡里亚，颜杏倚，谢振华，
申请(专利权)人：马来西亚国立大学，
类型：发明
国别省市：马来西亚,MY