[发明专利]一种改性羟乙基纤维素超吸水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于功能高分子技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明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，本发明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，本发明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；