一种木质素水凝胶及其制备方法

本发明涉及功能材料，尤其涉及一种木质素水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶(hydrogel)是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴等领域。使用胶原、明胶和纤维素等天然高分子制备的水凝胶被命名为天然水凝胶，而利用交联剂在一定条件下合成的水凝胶被称为合成水凝胶。合成水凝胶在交联过程中，也分为物理交联和化学交联两种方式，相对于物理交联，化学交联因为产生了共价键而具有更稳定的结构和性质。物理交联主要以缠绕、离子配位、氢键连接等形式。因其中不发生化学反应，所以物理交联的水凝胶可以发生可逆变化。

2、木质素是由3种苯丙烷单元通过碳碳单键和醚键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，其中含有大量的-oh和-och3等官能团。对于碱木质素、酶解木质素而言，自身所含的-oh基团较为丰富，能够顺利对-oh改性，同时木质素还存在其他有一定化学活性的基团，如-cooh等，与-oh、-och3基团共同形成了木质素分子的化学反应的活性位点。

3、

4、由于木质素具有生物可降解性、生物相容性和无毒性等优点，常常被作为合成水凝胶的最佳原材料。木质素化学结构上亲水性官能团的存在为其制备水凝胶提供了条件。在制备木质素水凝胶的过程中，同时会有物理交联和化学交联，并且根据不同的交联机理，最终木质素水凝胶的应用会有不同。

5、目前，通过木质素与聚乙二醇二缩水甘油醚以化学交联的方式形成木质素水凝胶，此种水凝胶虽然在固态电解质方面受到了一定的关注，但是此类木质素水凝胶主要关注机械性能、导电性、传感性，水凝胶的溶胀度低，这种方法将木质素，koh，聚乙二醇二缩水甘油醚混合后直接干燥形成木质素水凝胶的溶胀度仅为40％，存在溶胀度太低，易溶破的问题，限制了它在药物、肥料和农药等方面的应用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种木质素水凝胶的制备方法，通过对木质素进行预处理提高木质素水凝胶的溶胀性能。

2、本发明的目的之二在于提供一种由上述方法制备得到的木质素水凝胶。

3、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种木质素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)采用以下三种方式中的任一种对木质素进行预处理：

6、(a)将木质素加入含有尿素、naoh的蒸馏水中，在恒温水浴中进行预处理，预处理后的溶液经透析、冷冻干燥后得到尿素/naoh预处理后的木质素；

7、(b)将木质素、甲酸加入蒸馏水中，加入催化剂，恒温水浴中进行预处理，过滤后将滤渣用蒸馏水洗涤至ph中性，冷冻干燥得到甲酸预处理木质素；

8、(c)将木质素加入氢氧化钠溶液中，加热后滴加过氧化氢溶液，继续反应一段时间，冷却后得到过氧化氢预处理木质素；

9、(2)取步骤(1)中预处理后的木质素加入koh溶液中，加入交联剂，恒温恒湿密封条件下进行反应，冷冻干燥得到木质素水凝胶。

10、优选的，步骤(a)中在-15～-20℃的恒温水浴中预处理15-20h，所述木质素、尿素、naoh和蒸馏水的质量比为1:2:3:25。

11、优选的，步骤(a)中采用分子量为3000的透析袋透析两天。

12、优选的，步骤(b)中的催化剂为浓硫酸，所述木质素、甲酸、蒸馏水和催化剂的质量比为1:0.6:3.4:0.05。

13、优选的，步骤(b)中在60-70℃水浴中进行预处理。

14、优选的，步骤(c)中氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l，所述木质素在氢氧化钠溶液中的质量浓度为0.05g/ml，所述过氧化氢的质量浓度为30％，所述氢氧化钠溶液和过氧化氢溶液的体积比为8:1。

15、优选的，步骤(c)中加热至90-95℃。

16、优选的，步骤(2)中所述交联剂为：聚乙二醇二缩水甘油醚，koh溶液的浓度为1mol/l，预处理后的木质素和koh溶液、交联剂的质量比为1:3-4:0.8。

17、优选的，步骤(2)中在50℃恒温恒湿箱密封反应2天。

18、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

19、一种木质素水凝胶，由上述方法制备得到。

20、相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的木质素水凝胶的制备方法中分别采用氢氧化钠/尿素、甲酸、过氧化氢对木质素进行预处理，提高了木质素亲水基团的含量，制备的水凝胶具有优良的溶胀性能、压缩性能，充分满足在药物和肥料等领域的应用。

技术特征：

1.一种木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(a)中在-15～-20℃的恒温水浴中预处理15-20h，所述木质素、尿素、naoh和蒸馏水的质量比为1:2:3:25。

3.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(a)中采用分子量为3000的透析袋透析两天。

4.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(b)中的催化剂为浓硫酸，所述木质素、甲酸、蒸馏水和催化剂的质量比为1:0.6:3.4:0.05。

5.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(b)中在60-70℃水浴中进行预处理。

6.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(c)中氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l，所述木质素在氢氧化钠溶液中的质量浓度为0.05g/ml，所述过氧化氢的质量浓度为30％，所述氢氧化钠溶液和过氧化氢溶液的体积比为8:1。

7.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(c)中加热至90-95℃。

8.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述交联剂为：聚乙二醇二缩水甘油醚，koh溶液的浓度为1mol/l，预处理后的木质素和koh溶液、交联剂的质量比为1:3-4:0.8。

9.根据权利要求1所述木质素水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在50℃恒温恒湿箱密封反应2天。

10.一种木质素水凝胶，其特征在于，由权利要求1至9任一项所述方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种木质素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：分别对木质素进行预处理，得到尿素/NaOH预处理木质素、甲酸预处理木质素、过氧化氢预处理木质素，再将上述预处理后的木质素加入KOH溶液中，加入交联剂，恒温恒湿密封条件下进行反应，冷冻干燥得到木质素水凝胶。本发明提供的木质素水凝胶的制备方法通过对木质素进行预处理，提高了木质素亲水基团的含量，制备的水凝胶具有优良的溶胀性能、压缩性能，充分满足在药物和肥料等领域的应用。

技术研发人员：关红玲,侯翠红,杨辉,谷守玉,化全县,李松杰
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15