[发明专利]一种半纤维素基吸水保水材料及其制备方法

说明书

本发明属于生物质材料技术领域，公开了一种半纤维素基吸水保水材料及其制备方法。所述制备方法为：将聚乙二醇与4,4’‑亚甲基双(异氰酸苯酯)分别用无水二甲基甲酰胺溶解后混合，在20～80℃温度下反应3～24h，得到聚乙二醇接枝4,4’‑亚甲基双(异氰酸苯酯)预聚物；将半纤维素溶解于离子液体中；得到半纤维素溶液；然后将聚乙二醇接枝4,4’‑亚甲基双(异氰酸苯酯)预聚物加入到半纤维素溶液中，20～100℃反应3～48h，反应产物经沉淀、过滤、洗涤和冷冻干燥，得到所述半纤维素基吸水保水材料。本发明产物具有良好的吸水保水性、生物相容性和生物降解性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物质材料技术领域，具体涉及一种半纤维素基吸水保水材料及其制备方法。

背景技术

吸水保水性材料是一种极为重要的生物材料，具有可以从湿润环境中吸收并保留水分的特性，可应用于薄膜、传感器、个人护理产品以及农业等领域。其中，在农业上的应用结果表明，吸水保水性材料可以帮助减少灌溉用水量并促进肥料在土壤中的保留。

半纤维素是农林生物质资源的三大组分之一，在自然界中的含量仅次于纤维素，约占植物资源总量的20-40％，具有廉价易得、可再生、可生物降解等优点。随着人们对环境问题的重视以及绿色化学的快速发展，采用可再生资源制备性能优良的生物材料已经不可避免地成为了今后的发展趋势。但由于半纤维素具有结构不均一、低聚合度、低分子量、强分子内氢键等缺点而缺乏吸水保水性。接枝改性是一种有效的方法，可以弥补半纤维素固有的缺陷，合成具有理想性能的半纤维素基材料。

以往的研究表明聚乙二醇是最合适的接枝聚合物之一，具有良好吸湿性、溶解性、生物相容性、生物降解性以及低毒性等优点，在化工、生物化学以及生物技术等领域发挥着重要的作用。目前并无关于使用聚乙二醇对半纤维素进行接枝改性的报道，更无关于将半纤维素接枝聚乙二醇作为吸水保水性生物材料的报道。

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种半纤维素基吸水保水材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的半纤维素基吸水保水材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种半纤维素基吸水保水材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将单封端的聚乙二醇与4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)分别用无水二甲基甲酰胺溶解后混合，在20～80℃温度下反应3～24h，得到聚乙二醇接枝4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)预聚物；

(2)将半纤维素溶解于离子液体中；得到半纤维素溶液；

(3)将步骤(1)所得聚乙二醇接枝4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)预聚物加入到步骤(2)所得半纤维素溶液中，20～100℃反应3～48h，反应产物经沉淀、过滤、洗涤和冷冻干燥，得到所述半纤维素基吸水保水材料。

优选地，所述单封端的聚乙二醇为含有一个活性羟基的聚乙二醇单甲醚；单封端的聚乙二醇的分子量为300～8000g/mol。

优选地，步骤(1)中所述单封端的聚乙二醇与4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)的摩尔比为1:1。

优选地，所述半纤维素中木聚糖质量百分含量≥55％。

优选地，所述离子液体为氯化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。

优选地，所述的离子液体在使用前先在70℃、0.1MPa下减压真空干燥72h或110℃下常压干燥12h或-40℃下冷冻干燥36h。

优选地，步骤(3)中所述聚乙二醇接枝4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)预聚物与半纤维素中所含木糖单元的摩尔比为(0.5～10):1。