[发明专利]木质纤维素三组分双交联凝胶的制备方法、凝胶及应用

说明书

本发明公开了木质纤维素三组分双交联凝胶的制备方法、凝胶及应用，该制备方法包括以下步骤：使用纤维素原料制备得到纳米纤维素分散液，并分别将半纤维素和木质素溶解于对应的溶剂中分别得到半纤维素溶液和木质素溶液；将上述原料混合均匀得到含有纳米纤维素、半纤维素及木质素三组分的木质纤维素分散液；将三组分的木质纤维素分散液置于具有物理交联及化学交联双重作用的双蒸气浴密闭环境中反应，制备得到木质纤维素三组分双交联凝胶。有益效果：本发明所采用的方法可有效提高凝胶的固含量以制备高强凝胶，且操作简单，易于实现工业化，所得凝胶具备良好的力学性能及生物相容性，可广泛地应用于催化吸附、生物医药、传感器等领域。

技术领域

本发明涉及凝胶制备生产技术领域，具体来说，涉及木质纤维素三组分双交联凝胶的制备方法、凝胶及应用。

背景技术

天然植物原料木质纤维素中的三大组分为纤维素、半纤维素、木质素，这种来源丰富、易获得、易降解、无毒无害的天然高分子聚合物在人类的生产生活中起到举足轻重的作用。凝胶是通过一定作用相连接的具有三维网络结构的物质，目前被广泛应用于药物输送、组织工程、伤口敷料、净水、催化、电气元件等领域。近年来，越来越多的研究者采用作为天然高分子的木质纤维素来制备功能多样化的凝胶材料。

木质纤维素凝胶的交联方式分为物理交联和化学交联，物理交联依赖于纤维之间的彼此缠结以及大量的氢键、范德华力等作用，而化学交联则靠生成共价键而形成三维网状结构，通常情况下化学交联或双交联凝胶具有较物理凝胶而言更好的力学性能。

凝胶的固含量往往对凝胶的强度起着决定性的影响作用，在分散体系下制备的木质纤维素凝胶普遍存在力学性能较差的问题，这是由于在分散体系下凝胶的固含量难以提升导致的。Nguyen THM等在纳米纤维素分散体系中添加壳聚糖制备了固含量最高为0.8％的凝胶，Sultana T在纳米纤维素分散体系下加入甲基纤维素、羧甲基纤维素和聚乙二醇制备了固含量最高为1％的凝胶，可见提升分散体系下的木质纤维素凝胶固含量是提升其力学性能的最主要方法。此外，对于在分散体系下制备化学凝胶而言还存在另一亟待解决的问题，即化学交联剂与木质纤维素分散体系均匀共混需一定时间，若选用具有挥发性的交联剂则难以确保交联剂的有效利用。

以蒸气浴处理木质纤维素使凝胶形成物理交联是一种新兴的制备方法。近年来，以经过机械处理或氧化及机械处理得到的纳米纤维素为代表的分散体系凝胶得到了越来越多的研究。中国专利CN106893116A公开了一种通过酸蒸气浴降低纳米纤维素静电斥力以形成物理交联制备凝胶的方法。Xu HY等首先在纳米纤维素中添加环氧氯丙烷作为交联剂形成化学交联再将其置于盐酸蒸气浴环境中形成物理交联，制备了双交联的纤维素凝胶，然而由于当分散体系固含量较高时交联剂难以与纳米纤维素共混均匀，故该凝胶最大固含量为1％，且压缩强度也仅为225kPa。

综上，在分散体系下由于凝胶固含量难以提升，且在高固含量下化学交联剂难以与分散液充分混合，故难以制备出物理化学双交联的高固含量高强凝胶。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出木质纤维素三组分双交联凝胶的制备方法、凝胶及应用，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的发明目的：随着环境问题日益严重、石化资源日益匮乏，以可再生易降解的生物质原料如木质纤维素来替代石化原料合成新型高分子材料的策略受到了越来越多的关注。基于分散体系木质纤维素凝胶固含量难以提高导致强度难以提升的问题，本发明提供了一种以双蒸气浴制备高固含量木质纤维素凝胶的方法，有效增强了木质纤维素凝胶的力学性能，且以双蒸气浴制备的木质纤维素三组分双交联凝胶，在保留各组分原本特性的基础上，赋予了凝胶新的功能性，使其在更多领域的应用成为可能。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了木质纤维素三组分双交联凝胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：