一种耐酸碱性KHA改性木浆棉材料及其制备方法与应用与流程

一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于新型环保纤维素海绵技术领域，尤其是涉及一种增强纤维素力学强度、耐酸碱性的高吸水率木浆棉材料。


背景技术：

2.目前市场新型环保海绵的的需求较多，例如淀粉类医用海绵、聚氨酯与纤维素复合海绵、壳聚糖复合海绵、pva及其复合海绵等。纤维素分子内含有大量的羟基，易与水形成氢键，以纤维素为原料可制备出水性好、可降解性优良的海绵材料。目前纤维素类海绵基质以低成本、蓬松、可降解、耐热、吸水性优良等特点受到较多关注。由于纤维素的熔点高于其分解温度，无法对其进行熔融加工，所以溶解再生的方法是制备纤维素海绵的重要途径。通过溶解再生的方法制备的纤维素海绵力学强度较差，通常需要加入增强纤维来增加其力学强度。
3.腐植酸是一种有机质大分子，含多种活性基团，具有络合性、阳离子交换、表面活性等多种特性；利用腐殖酸对纤维素改性，可以提高其力学性能、耐酸碱性，对木质棉的应用具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料及其制备方法与应用。该材料可耐ph＝5～6的环境，吸水率大于250g/g。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料，所述改性木浆棉材料的制备方法包括如下步骤：
7.(1)分别将甲基纤维素(mc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羧甲基纤维素(cmc)置于碱性溶液中搅拌，并在低温环境中溶解,得到透明的纤维素溶液；
8.(2)在步骤(1)中得到的透明溶液中加入冰醋酸溶解的壳聚糖溶液，在转搅拌器中搅拌，使其体系混合均匀；
9.(3)在步骤(2)中得到的溶液中加入kha溶液、聚乙二醇、甘油、硅烷偶联剂，继续搅拌开始反应；
10.(4)将步骤(3)得到的产物，经水洗、离心提纯和冷冻干燥后得到3种质轻多孔的木质棉基质。
11.步骤(1)中，所述的碱性溶液为2～3％氢氧化钠溶液；所述低温环境为-5℃；
12.步骤(2)中，冰醋酸的质量分数为2～5％；冰醋酸与壳聚糖的质量比为1：25；混合溶液的量为2～3ml；
13.步骤(3)中，溶液kha溶液的质量分数为10％；聚乙二醇分子量为6000；甘油的质量为0.2～0.4g；硅烷偶联剂的质量为1～1.5g。
14.步骤(4)中，所述洗涤是采用去离子水洗涤，直至溶液ph为中性；水洗后离心转速
为6000r/min,时间8min；将离心后的产物分别倒入聚苯乙烯表面皿中，在-18～-20℃下，冷冻12h，在-40℃条件下真空冷冻干燥24h。
15.一种所述改性木浆棉材料的应用，用于吸水海绵，尤其用于酸碱环境下吸水。
16.本发明有益的技术效果在于：
17.本发明中的腐植酸主要从低阶煤中制取，生产成本较低，其在农业中具有改良土壤、增强肥效、节水抗旱、促进作物生长等作用。其结构中分布的羧基、羟基等官能团具有刺激植物生长发育、络合金属离子、增加作物抗逆性、改善植物营养状况的功效。
18.另外纤维素分子内含有大量的羟基，易与水形成氢键，以纤维素为原料可制备出水性好、可降解性优良的海绵材料。因此选择腐植酸对纤维素改性可以提高其力学性能、耐酸碱性和吸水率，
附图说明
19.图1为本发明实施例1中制备的改性木浆棉材料的红外光谱图。
20.图2为本发明实施例2中制备的改性木浆棉材料的sem图。
21.图3为本发明实施例1～4中制备的改性木浆棉材料的耐酸碱性能和吸水效果图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
23.实施例1
24.一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料，其制备方法包括如下步骤：
25.(1)分别将甲基纤维素(mc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羧甲基纤维素(cmc)置于碱性溶液中搅拌，并在-5℃环境中溶解18h,得到透明的质量分数为10％的纤维素溶液；
26.(2)在纤维素溶液里加入2ml冰醋酸的质量分数为2％且冰醋酸与壳聚糖的质量比为1：25的混合溶液；搅拌转速为260r/min，搅拌时间30min。
27.(3)再分别取10ml的kha溶液(w＝10％)、0.2g的聚乙二醇6000(peg6000:制孔剂)、0.2g甘油、1g硅烷交联剂分别加入体系，继续搅拌30min开始反应；
28.(4)经过去离子水洗至中性后离心，转速为6000r/min,时间8min；将离心后的产物分别倒入聚苯乙烯表面皿中，在-18～-20℃下，冷冻12h，在-40℃条件下真空冷冻干燥24h。即可分别得到一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料
29.对本实施例合成的材料进行红外光谱分析，其结果如图1所示，从图中可以看出，由于腐植酸是一种含有大量苯环骨架的大分子，作用之后产生的共轭效应使峰位向低波数移动，最终表明复合材料的分子间发生了较强的相互作用。
30.实施例2
31.一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料，其制备方法包括如下步骤：
32.(1)分别将甲基纤维素(mc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羧甲基纤维素(cmc)置于碱性溶液中搅拌，并在-5℃环境中溶解18h,得到透明的质量分数为10％的纤维素溶液；
33.(2)在纤维素溶液里加入3ml冰醋酸的质量分数为2％且冰醋酸与壳聚糖的质量比为1：25的混合溶液；搅拌转速为260r/min，搅拌时间30min。
34.(3)再分别取10ml的kha溶液(w＝10％)、0.2g的聚乙二醇6000(peg6000:制孔剂)、
0.2g甘油、1g硅烷交联剂分别加入体系，继续搅拌30min开始反应；
35.(4)经过去离子水洗至中性后离心，转速为6000r/min,时间8min；将离心后的产物分别倒入聚苯乙烯表面皿中，在-18～-20℃下，冷冻12h，在-40℃条件下真空冷冻干燥24h。即可分别得到一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料
36.对本实施例制备的改性木质棉进行形貌分析，结果如图2所示，从图中可以看出，3种木质棉形成互穿交联网络，均有褶皱状的粗糙的表面，这种疏密有致的网孔结构，有效增大了海绵基质的比表面积，能使水分子迅速扩散到海绵基质内部网络中，赋予其良好的吸水保水性能。
37.实施例3
38.一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料，其制备方法包括如下步骤：
39.(1)分别将甲基纤维素(mc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羧甲基纤维素(cmc)置于碱性溶液中搅拌，并在-5℃环境中溶解18h,得到透明的质量分数为10％的纤维素溶液；
40.(2)在纤维素溶液里加入2ml冰醋酸的质量分数为4％且冰醋酸与壳聚糖的质量比为1：25的混合溶液；搅拌转速为300r/min，搅拌时间30min。
41.(3)再分别取10ml的kha溶液(w＝10％)、0.2g的聚乙二醇6000(peg6000:制孔剂)、0.2g甘油、1g硅烷交联剂分别加入体系，继续搅拌30min开始反应；
42.(4)经过去离子水洗至中性后离心，转速为6000r/min,时间8min；将离心后的产物分别倒入聚苯乙烯表面皿中，在-18～-20℃下，冷冻12h，在-40℃条件下真空冷冻干燥24h。即可分别得到一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料。
43.实施例4
44.一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料，其制备方法包括如下步骤：
45.(1)分别将甲基纤维素(mc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羧甲基纤维素(cmc)置于碱性溶液中搅拌，并在-5℃环境中溶解18h,得到透明的质量分数为10％的纤维素溶液；
46.(2)在纤维素溶液里加入2ml冰醋酸的质量分数为2％且冰醋酸与壳聚糖的质量比为1：25的混合溶液；搅拌转速为300r/min，搅拌时间30min。
47.(3)再分别取10ml的kha溶液(w＝10％)、0.4g的聚乙二醇6000(peg6000:制孔剂)、0.2g甘油、1g硅烷交联剂分别加入体系，继续搅拌30min开始反应；
48.(4)经过去离子水洗至中性后离心，转速为6000r/min,时间8min；将离心后的产物分别倒入聚苯乙烯表面皿中，在-18～-20℃下，冷冻12h，在-40℃条件下真空冷冻干燥24h。即可分别得到一种耐酸碱性kha改性木浆棉材料。
49.测试例
50.(1)吸水性能测试
51.吸自来水率测试:称取适量制备的材料记为m0，分别浸泡0，30，60，90，120，150min，用筛网滤去剩余水分，称湿重记为m1，测试材料在不同时间条件下的吸水率(g/g)，按公式如下进行计算:
52.吸水倍率(g/g)＝(m1－m0)/m0(1)保水性测试:称取吸水量达到饱和状态的海绵材料记为m1，置于40℃烘箱，每隔3h称一次重记为mi，按公式如下进行计算:
53.保水率(％)＝(m1－m0)/(mi－m0)
×
100％(2)分别取实施例1～4中的改性木质棉，进行上述吸水率测试。
54.(2)耐酸碱性能测试
55.耐酸碱性测试:配制6组不同ph的溶液，测试3h后的吸水倍率，按式(1)计算。
56.将实施例1～4中的改性木质棉，进行上述耐酸碱性能测试。