一種半纖維素基吸水保水材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半纖維素基吸水保水材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]吸水保水性材料是一種極為重要的生物材料，具有可以從濕潤(rùn)環(huán)境中吸收并保留水分的特性，可應(yīng)用于薄膜、傳感器、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。其中，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用結(jié)果表明，吸水保水性材料可以幫助減少灌溉用水量并促進(jìn)肥料在土壤中的保留。
[0003]半纖維素是農(nóng)林生物質(zhì)資源的三大組分之一，在自然界中的含量?jī)H次于纖維素，約占植物資源總量的20-40%，具有廉價(jià)易得、可再生、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視以及綠色化學(xué)的快速發(fā)展，采用可再生資源制備性能優(yōu)良的生物材料已經(jīng)不可避免地成為了今后的發(fā)展趨勢(shì)。但由于半纖維素具有結(jié)構(gòu)不均一、低聚合度、低分子量、強(qiáng)分子內(nèi)氫鍵等缺點(diǎn)而缺乏吸水保水性。接枝改性是一種有效的方法，可以彌補(bǔ)半纖維素固有的缺陷，合成具有理想性能的半纖維素基材料。
[0004]以往的研究表明聚乙二醇是最合適的接枝聚合物之一，具有良好吸濕性、溶解性、生物相容性、生物降解性以及低毒性等優(yōu)點(diǎn)，在化工、生物化學(xué)以及生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。目前并無(wú)關(guān)于使用聚乙二醇對(duì)半纖維素進(jìn)行接枝改性的報(bào)道，更無(wú)關(guān)于將半纖維素接枝聚乙二醇作為吸水保水性生物材料的報(bào)道。
[0005]為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種半纖維素基吸水保水材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過(guò)上述方法制備得到的半纖維素基吸水保水材料。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種半纖維素基吸水保水材料的制備方法，包括以下制備步驟:
[0009](I)將單封端的聚乙二醇與4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)分別用無(wú)水二甲基甲酰胺溶解后混合，在20?80°C溫度下反應(yīng)3?24h，得到聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物；
[0010](2)將半纖維素溶解于離子液體中;得到半纖維素溶液；
[0011](3)將步驟(I)所得聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物加入到步驟
(2)所得半纖維素溶液中，20?100°C反應(yīng)3?48h，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)沉淀、過(guò)濾、洗滌和冷凍干燥，得到所述半纖維素基吸水保水材料。
[0012]優(yōu)選地，所述單封端的聚乙二醇為含有一個(gè)活性羥基的聚乙二醇單甲醚;單封端的聚乙二醇的分子量為300?8000g/mol。
[0013]優(yōu)選地，步驟(I)中所述單封端的聚乙二醇與4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)的摩爾比為1:1。
[0014]優(yōu)選地，所述半纖維素中木聚糖質(zhì)量百分含量255%。
[0015]優(yōu)選地，所述離子液體為氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基3-甲基咪唑或碘化1-己基3-甲基咪唑。
[0016]優(yōu)選地，所述的離子液體在使用前先在70°C、0.1MPa下減壓真空干燥72h或110°C下常壓干燥12h或-40°C下冷凍干燥36h。
[0017]優(yōu)選地，步驟(3)中所述聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物與半纖維素中所含木糖單元的摩爾比為(0.5?10):1。
[0018]優(yōu)選地，所述的沉淀以水作為沉淀劑。
[0019]優(yōu)選地，所述的洗滌是將沉淀得到的產(chǎn)物干燥后溶于二甲基亞砜進(jìn)行透析洗滌。
[0020]一種半纖維素基吸水保水材料，通過(guò)以上方法制備得到。
[0021]本發(fā)明原理為:以綠色溶劑體系離子液體為介質(zhì)、以4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)為偶聯(lián)劑、以單封端的聚乙二醇為接枝聚合物與半纖維素發(fā)生接枝反應(yīng)，在溫和的條件下制備半纖維素接枝聚乙二醇。本發(fā)明控制聚乙二醇分子量、離子液體種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物與半纖維素中無(wú)水木糖單元摩爾比，調(diào)節(jié)合適的制備條件。所制得的半纖維素接枝聚乙二醇具有優(yōu)異的吸水保水性能，且可生物降解和生物相容，實(shí)現(xiàn)了半纖維素的高效利用。
[0022]本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0023](I)本發(fā)明采用半纖維素作為反應(yīng)原料，為半纖維素合成可降解生物材料提供新方法；
[0024](2)本發(fā)明采用4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)作為偶聯(lián)劑，整個(gè)過(guò)程不需要加入催化劑，且反應(yīng)條件溫和，簡(jiǎn)單高效；
[0025](3)本發(fā)明采用綠色溶劑離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)效率高，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)均一，有利于產(chǎn)物進(jìn)一步應(yīng)用；
[0026](4)本發(fā)明采用單封端的聚乙二醇作為接枝共聚物，明顯提高了半纖維素的吸水保水性，且產(chǎn)物具有良好的可生物相容性和可生物降解性，為半纖維素基生物材料提供了新方向。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為實(shí)施例1中未經(jīng)改性的半纖維素，聚乙二醇單甲醚(分子量lOOOg/mol)和終產(chǎn)物半纖維素接枝聚乙二醇的紅外光譜圖；
[0028]圖2為實(shí)施例1的終產(chǎn)物半纖維素接枝聚乙二醇在相對(duì)濕度為43%條件下，在不同時(shí)間的吸水率(A)和保水率(B)變化圖；
[0029]圖3為實(shí)施例1的終產(chǎn)物半纖維素接枝聚乙二醇的生物相容性測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例的一種半纖維素基吸水保水材料，具體制備步驟如下:
[0033](I)室溫下，將分子量為lOOOg/mol的聚乙二醇單甲醚和4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)分別溶解于無(wú)水二甲基甲酰胺中，得到聚乙二醇溶液與4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)溶液;再按聚乙二醇與4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)的摩爾比為1:1，將聚乙二醇溶液與4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)溶液混合后在60°C條件下反應(yīng)12h，制得聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物；
[0034](2)將半纖維素(木聚糖質(zhì)量百分含量2 55%)在50°C下真空干燥12h，然后將其分散在離子液體氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑中，在80°C、氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌2h，得到半纖維素溶液;離子液體在使用前于70°C、0.1MPa下減壓真空干燥72h;
[0035](3)按聚乙二醇接枝4，4’_亞甲基雙(異氰酸苯酯)預(yù)聚物與半纖維素中無(wú)水木糖單元摩爾比為5:1的比例將預(yù)聚物溶液緩慢加入半纖維素溶液，在70°C條件下反應(yīng)12h;待反應(yīng)液冷卻至室溫后加入超純水沉淀(150ml*3次)，過(guò)濾并冷凍干燥。將所得產(chǎn)物溶解于二甲基亞砜中，用截留量為5000分子量的透析袋透析7天后冷凍干燥得到終產(chǎn)物。
[0036]本實(shí)施例未經(jīng)改性的半纖維素，聚乙二醇單甲醚(分子量lOOOg/mol)和終產(chǎn)物半纖維素接枝聚乙二醇的紅外光譜如圖1所示。圖1中，在846,952,1109和2870cm—1左右出現(xiàn)的吸收峰說(shuō)明說(shuō)明半纖維素成功接枝了聚乙二醇。
[0037]本實(shí)施例的終產(chǎn)物半纖維素接枝聚乙二醇在相對(duì)濕度為43%條件下，在不同時(shí)間的吸水率(A)和保水率(B)如圖2所示