一種纖維素基吸水吸油材料及其製備方法
2023-08-12 23:58:46 2
專利名稱：一種纖維素基吸水吸油材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維素基吸水吸油材料及其製備方法，屬於高分子材料技術領域。
背景技術：
21世紀，科學與技術已趨向可再生的原料以及環境友好、可持續發展的方法和過程。美國能源部預計到2020年，來自植物可再生資源的基本化學結構材料要有10%以上佔領市場，而到2050年要達到50%。因此纖維素作為一種環境友好的可再生資源，使世界各國都十分重視對纖維素的研究與開發。兩親性接枝共聚物(簡稱AGP)是目前功能高分子材料研究領域的熱點之一。兩親性是指親水性和親油性，是將熱力學上不相容的兩種鏈通過化學鍵連接在一起，從而實現了兩親性物質在分子水平的組裝。兩親性聚合物從結構上可分為接枝共聚物和嵌段共聚物。然而雙吸性共聚物不同於兩親性共聚物，它不僅是親水、 親油，更重要的是它能吸水又能吸油。若將該聚合物放入油/水的介質中，其親油和親水部分將分別在油/水兩相介質中伸展、溶脹和吸收，並懸浮在油與水相連的界面處。傳統的以樹脂為基體的單一吸水吸油材料，原料完全來自於石化產品，這類合成產品在自然界要經過500年才能完全降解，對環境造成極大危害，而且產品的可塑性差， 對後期的成型加工十分不利，不能得到更加廣泛的應用，因此，拓寬吸水吸油材料的原料來源，研究可再生的吸水吸油材料，並且兼顧其產品的加工可塑性，不僅可降低對環境的破壞，能源的浪費，還可以使吸水吸油材料生產成本大幅度降低，這對擴大其應用領域也具有重要的意義。張明傑等人在化工新型材料，35(1)，59 60，2007中報導了澱粉接枝丙烯醯胺和甲基丙烯酸甲酯製備吸水吸油樹脂的方法。該法製得的澱粉基吸水吸油樹脂的吸水倍率為 8-12g/g，吸油倍率為4-7g/g。其吸水吸油倍率不高，並且接枝產物可塑性較差，限制了其應用領域。曹愛麗等人在精細化工，21(1)，90 94，2004中報導了一種用分散法製備吸水吸油樹脂的方法。採用聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，苯乙烯和甲基丙烯酸為共聚單體，偶氮二異丁腈為引發劑，二乙烯苯為交聯劑，合成出吸水倍率為4. 2g/g、吸油倍率為7. 2g/g，具有雙吸功能的聚物。同樣，其吸水吸油效果不夠理想，產品環保性較低，缺乏經濟實用性。因此， 需要尋找一種更為環境友好且經濟實用的吸水吸油材料的製備方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種纖維素基吸水吸油材料的製備方法，該方法是將木質纖維素粉碎成塊狀，加入氫氧化鈉水溶液，在一定溫度下攪拌活化，抽濾，水洗至中性並壓榨， 加入由水作為分散介質的分散體系中，無需在氮氣保護下升溫，加入引發劑，反應單體、分散劑以及交聯劑，恆溫攪拌反應至反應終止，抽濾，用無水乙醇沉澱，將沉澱產物過濾，用熱水洗滌數遍，烘乾，得到纖維素基吸水吸油材料。
該方法不僅操作簡單，反應條件溫和，而且所用的基體原料是纖維素，其來源廣泛、價廉、種類多，綜合成產成本較低，吸水吸油性能良好；所得產物仍保持纖維素原有的形貌，這對後期的加工成型極為有利，使其應用更為廣泛；纖維素可生物降解，環境友好，又具備了單體的吸水吸油性能，從而滿足了一般吸水吸油材料不能同時解決吸水吸油性和生物降解問題的需求。本發明解決問題的技術方案是一種纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其工藝步驟如下a.將木質纖維素粉碎，加入質量為木質纖維素質量15 20倍的質量分數為10 20%的氫氧化鈉水溶液，在20 100°C下攪拌反應I 4小時後停止攪拌，過濾，水洗至中性，壓榨；b.將步驟a中預處理過的木質纖維素加入到水中，攪拌升溫至30 70°C ；c.將步驟b反應體系中加入過硫酸鉀，攪拌反應O. 5 I小時；d.將步驟c反應體系中加入單體丙烯醯胺、單體甲基丙烯酸丁酯和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌下升溫至40 90°C，恆溫反應I 6小時，加入N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，繼續攪拌反應I 3小時後停止，趁熱過濾，並用無水乙醇沉澱；e.將沉澱產物過濾，用熱水洗滌數遍，70°C下烘乾，得到纖維素吸水吸油材料。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟a中優選木質纖維素的聚合度為400 1500。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟b中優選分散體系中介質水的質量為纖維素質量的30 100倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟c中優選過硫酸鉀質量為單體質量的O. 02 O. I倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟d中優選單體質量為木質纖維素質量的O. 5 6倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟d中優選丙烯醯胺的質量為甲基丙烯酸丁酯質量的O. 5 4倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟d中聚乙烯吡咯烷酮的質量為單體質量的O. 001 O. 01倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，步驟d中優選N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺質量為單體質量的O. 005 O. 04倍。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，所述單體質量應理解為單體丙烯醯胺與單體甲基丙烯酸丁酯的質量和。本發明所述纖維素基吸水吸油材料的製備方法，，進一步優選下述方案a.將聚合度為600 800的木質纖維素粉碎成塊狀，在室溫下，加入質量為木質纖維素質量15 20倍的質量分數為15 20%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨；b.將步驟a中預處理過的木質纖維素，加入到質量為木質纖維素60 100倍的水中，攪拌升溫至40 60°C ；c.將步驟b反應體系中加入質量為單體質量O. 02 O. 05倍的過硫酸鉀，攪拌反應O. 5 I小時；d.將步驟c反應體系中加入質量為木質纖維素質量2 4倍的單體以及質量為單體質量O. 001 O. 003倍的聚乙烯吡咯烷酮，其中單體丙烯醯胺的質量為單體甲基丙烯酸丁酯質量的O. 5 2倍；攪拌下升溫至50 70°C，恆溫反應2 4小時，加入質量為單體質量O. 005 O. 01倍N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，繼續攪拌反應I 2小時後停止，趁熱過濾，並用IOOml無水乙醇沉澱；e、將沉澱產物過濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘乾，得到纖維素基吸水吸油材料。本發明的另一目的是提供由上述任一方法製備的一種纖維素基吸水吸油材料。本發明的有益效果是I.本發明所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，是以木質纖維素為基體，通過懸浮聚合的方法，與單體丙烯醯胺、甲基丙烯酸丁酯反應聚合製備纖維素基吸水吸油材料。與傳統的樹脂基體和聚合製備方法相比，由於纖維素細小的內部結構，還使產物的吸水吸油性能得到明顯改善。2.本發明所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，由於基體材料纖維素本身具有優良的可降解性，可消除廢棄合成材料對環境的汙染，維護生態平衡，從而滿足了一般吸水吸油材料不能同時解決吸水吸油性和生物降解問題的需求。3.本發明所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，得到的聚合產物仍保持纖維素原有的形貌，這對纖維素基吸水吸油材料的後期加工成型極為有利，能更好的擴大其適用範圍。4.本發明所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，原料來源廣泛，聚合單體易得且價廉，反應工藝簡單，綜合生產成本大幅度降低。
具體實施例方式下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。木質纖維來源為遼寧省丹東化纖廠。實施例Ia、將聚合度為548的木質纖維素5. Og粉碎成塊狀,置於250ml的三口燒瓶中，在室溫下，加入80ml質量分數為18%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨待用。b、取步驟a中預處理過的木質纖維素I. 0g，加入到70ml水中，攪拌升溫至30°C ；C、將步驟b反應體系中加入O. 24g的過硫酸鉀，攪拌反應O. 5小時；d、將步驟c反應體系中加入2. Og的丙烯醯胺、2. Og的甲基丙烯酸丁酯和O. 02g聚乙烯吡咯烷酮，攪拌下升溫至70°C，恆溫反應2小時，加入O. 08g N, N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，繼續攪拌反應I小時後停止，趁熱過濾，並用IOOml無水乙醇沉澱；e、將沉澱產物過濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘乾，得到纖維素基吸水吸油材料。纖維素基吸水吸油材料的吸水吸油測試結果如下
權利要求
1.一種纖維素基吸水吸油材料的製備方法，包括下述工藝步驟a.將木質纖維素粉碎,加入質量為木質纖維素質量15 20倍的質量分數為10 20% 的氫氧化鈉水溶液，在20 100°C下攪拌反應I 4小時後停止攪拌，過濾，水洗至中性，壓榨；b.將步驟a中預處理過的木質纖維素加入到水中，攪拌升溫至30 70°C；c向步驟b反應體系中加入過硫酸鉀，攪拌反應O. 5 I小時；d.向步驟c反應體系中加入單體丙烯醯胺、單體甲基丙烯酸丁酯和聚乙烯吡咯烷酮， 攪拌下升溫至40 90°C，恆溫反應I 6小時，加入N, N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，繼續攪拌反應I 3小時後停止，趁熱過濾，並用無水乙醇沉澱；e.將沉澱產物過濾，用熱水洗滌數遍，70°C下烘乾，得到纖維素吸水吸油材料。
2.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟a 中木質纖維素的聚合度為400 1500。
3.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟b 中水的質量為木質纖維素質量的30 100倍。
4.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟c 中過硫酸鉀質量為單體質量的O. 02 O. I倍。
5.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟d 中單體質量為木質纖維素質量的O. 5 6倍。
6.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟d 中丙烯醯胺的質量為甲基丙烯酸丁酯質量的O. 5 4倍。
7.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟d 中聚乙烯吡咯烷酮的質量為單體質量的O. 001 O. 01倍。
8.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於所述步驟d 中N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺質量為單體質量的O. 005 O. 04倍。
9.根據權利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的製備方法，其特徵在於a.將聚合度為600 800的木質纖維素粉碎成塊狀,在室溫下，加入質量為木質纖維素質量15 20倍的質量分數為15 20%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨；b.將步驟a中預處理過的木質纖維素，加入到質量為木質纖維素60 100倍的水中， 攪拌升溫至40 60°C ;c.將步驟b反應體系中加入質量為單體質量O.02 O. 05倍的過硫酸鉀，攪拌反應O.5 I小時；d.將步驟c反應體系中加入質量為木質纖維素質量2 4倍的單體以及質量為單體質量O. 001 O. 003倍的聚乙烯吡咯烷酮，其中單體丙烯醯胺的質量為單體甲基丙烯酸丁酯質量的O. 5 2倍；攪拌下升溫至50 70°C，恆溫反應2 4小時，加入質量為單體質量O.005 O. 01倍N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，繼續攪拌反應I 2小時後停止，趁熱過濾，並用IOOml無水乙醇沉澱；e.將沉澱產物過濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘乾，得到纖維素基吸水吸油材料。
10.一種由權利要求I 9所述任一方法製備的纖維素基吸水吸油材料。
全文摘要
本發明涉及一種纖維素基吸水吸油材料及其製備方法，屬於高分子材料技術領域。製備方法是以活化處理後的木質纖維素為基體，丙烯醯胺、甲基丙烯酸丁酯為聚合單體，過硫酸鉀為引發劑，N，N』-亞甲基雙丙烯醯胺為交聯劑，聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，通過懸浮聚合法，在無需氮氣保護的條件下製備出纖維素基吸水吸油材料。本發明的優點是製備了一種環境友好的可生物降解的纖維素基吸水吸油材料，反應工藝簡單，綜合成本低，並且聚合產物仍保持纖維素原有的形貌特徵，使得該材料滿足了一般吸水吸油材料不能同時解決吸水吸油性和生物降解問題的需求，也對擴大其應用領域具有重要的意義。
文檔編號C08F222/38GK102603978SQ201210017668
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者劉智超, 徐德增 申請人:大連工業大學