專(zhuān)利名稱(chēng)：一種纖維素基吸水吸油材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維素基吸水吸油材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，科學(xué)與技術(shù)已趨向可再生的原料以及環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的方法和過(guò)程。美國(guó)能源部預(yù)計(jì)到2020年，來(lái)自植物可再生資源的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)材料要有10%以上占領(lǐng)市場(chǎng)，而到2050年要達(dá)到50%。因此纖維素作為一種環(huán)境友好的可再生資源，使世界各國(guó)都十分重視對(duì)纖維素的研究與開(kāi)發(fā)。兩親性接枝共聚物(簡(jiǎn)稱(chēng)AGP)是目前功能高分子材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。兩親性是指親水性和親油性，是將熱力學(xué)上不相容的兩種鏈通過(guò)化學(xué)鍵連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)了兩親性物質(zhì)在分子水平的組裝。兩親性聚合物從結(jié)構(gòu)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于兩親性共聚物，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(zhì)中，其親油和親水部分將分別在油/水兩相介質(zhì)中伸展、溶脹和吸收，并懸浮在油與水相連的界面處。傳統(tǒng)的以樹(shù)脂為基體的單一吸水吸油材料，原料完全來(lái)自于石化產(chǎn)品，這類(lèi)合成產(chǎn)品在自然界要經(jīng)過(guò)500年才能完全降解，對(duì)環(huán)境造成極大危害，而且產(chǎn)品的可塑性差， 對(duì)后期的成型加工十分不利，不能得到更加廣泛的應(yīng)用，因此，拓寬吸水吸油材料的原料來(lái)源，研究可再生的吸水吸油材料，并且兼顧其產(chǎn)品的加工可塑性，不僅可降低對(duì)環(huán)境的破壞，能源的浪費(fèi)，還可以使吸水吸油材料生產(chǎn)成本大幅度降低，這對(duì)擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域也具有重要的意義。張明杰等人在化工新型材料，35(1)，59 60，2007中報(bào)道了淀粉接枝丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯制備吸水吸油樹(shù)脂的方法。該法制得的淀粉基吸水吸油樹(shù)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，并且接枝產(chǎn)物可塑性較差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。曹愛(ài)麗等人在精細(xì)化工，21(1)，90 94，2004中報(bào)道了一種用分散法制備吸水吸油樹(shù)脂的方法。采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(fā)劑，二乙烯苯為交聯(lián)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(chǎn)品環(huán)保性較低，缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。因此， 需要尋找一種更為環(huán)境友好且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的吸水吸油材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種纖維素基吸水吸油材料的制備方法，該方法是將木質(zhì)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，水洗至中性并壓榨， 加入由水作為分散介質(zhì)的分散體系中，無(wú)需在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫，加入引發(fā)劑，反應(yīng)單體、分散劑以及交聯(lián)劑，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)至反應(yīng)終止，抽濾，用無(wú)水乙醇沉淀，將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌數(shù)遍，烘干，得到纖維素基吸水吸油材料。
該方法不僅操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，而且所用的基體原料是纖維素，其來(lái)源廣泛、價(jià)廉、種類(lèi)多，綜合成產(chǎn)成本較低，吸水吸油性能良好；所得產(chǎn)物仍保持纖維素原有的形貌，這對(duì)后期的加工成型極為有利，使其應(yīng)用更為廣泛；纖維素可生物降解，環(huán)境友好，又具備了單體的吸水吸油性能，從而滿(mǎn)足了一般吸水吸油材料不能同時(shí)解決吸水吸油性和生物降解問(wèn)題的需求。本發(fā)明解決問(wèn)題的技術(shù)方案是一種纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其工藝步驟如下a.將木質(zhì)纖維素粉碎，加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量15 20倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 20%的氫氧化鈉水溶液，在20 100°C下攪拌反應(yīng)I 4小時(shí)后停止攪拌，過(guò)濾，水洗至中性，壓榨；b.將步驟a中預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)纖維素加入到水中，攪拌升溫至30 70°C ；c.將步驟b反應(yīng)體系中加入過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)O. 5 I小時(shí)；d.將步驟c反應(yīng)體系中加入單體丙烯酰胺、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，恒溫反應(yīng)I 6小時(shí)，加入N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I 3小時(shí)后停止，趁熱過(guò)濾，并用無(wú)水乙醇沉淀；e.將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌數(shù)遍，70°C下烘干，得到纖維素吸水吸油材料。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟a中優(yōu)選木質(zhì)纖維素的聚合度為400 1500。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟b中優(yōu)選分散體系中介質(zhì)水的質(zhì)量為纖維素質(zhì)量的30 100倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟c中優(yōu)選過(guò)硫酸鉀質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 02 O. I倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟d中優(yōu)選單體質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量的O. 5 6倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟d中優(yōu)選丙烯酰胺的質(zhì)量為甲基丙烯酸丁酯質(zhì)量的O. 5 4倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟d中聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 001 O. 01倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，步驟d中優(yōu)選N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 005 O. 04倍。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，所述單體質(zhì)量應(yīng)理解為單體丙烯酰胺與單體甲基丙烯酸丁酯的質(zhì)量和。本發(fā)明所述纖維素基吸水吸油材料的制備方法，，進(jìn)一步優(yōu)選下述方案a.將聚合度為600 800的木質(zhì)纖維素粉碎成塊狀，在室溫下，加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量15 20倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 20%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應(yīng)3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨；b.將步驟a中預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)纖維素，加入到質(zhì)量為木質(zhì)纖維素60 100倍的水中，攪拌升溫至40 60°C ；c.將步驟b反應(yīng)體系中加入質(zhì)量為單體質(zhì)量O. 02 O. 05倍的過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)O. 5 I小時(shí)；d.將步驟c反應(yīng)體系中加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量2 4倍的單體以及質(zhì)量為單體質(zhì)量O. 001 O. 003倍的聚乙烯吡咯烷酮，其中單體丙烯酰胺的質(zhì)量為單體甲基丙烯酸丁酯質(zhì)量的O. 5 2倍；攪拌下升溫至50 70°C，恒溫反應(yīng)2 4小時(shí)，加入質(zhì)量為單體質(zhì)量O. 005 O. 01倍N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I 2小時(shí)后停止，趁熱過(guò)濾，并用IOOml無(wú)水乙醇沉淀；e、將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘干，得到纖維素基吸水吸油材料。本發(fā)明的另一目的是提供由上述任一方法制備的一種纖維素基吸水吸油材料。本發(fā)明的有益效果是I.本發(fā)明所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，是以木質(zhì)纖維素為基體，通過(guò)懸浮聚合的方法，與單體丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯反應(yīng)聚合制備纖維素基吸水吸油材料。與傳統(tǒng)的樹(shù)脂基體和聚合制備方法相比，由于纖維素細(xì)小的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還使產(chǎn)物的吸水吸油性能得到明顯改善。2.本發(fā)明所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，由于基體材料纖維素本身具有優(yōu)良的可降解性，可消除廢棄合成材料對(duì)環(huán)境的污染，維護(hù)生態(tài)平衡，從而滿(mǎn)足了一般吸水吸油材料不能同時(shí)解決吸水吸油性和生物降解問(wèn)題的需求。3.本發(fā)明所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，得到的聚合產(chǎn)物仍保持纖維素原有的形貌，這對(duì)纖維素基吸水吸油材料的后期加工成型極為有利，能更好的擴(kuò)大其適用范圍。4.本發(fā)明所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，原料來(lái)源廣泛，聚合單體易得且價(jià)廉，反應(yīng)工藝簡(jiǎn)單，綜合生產(chǎn)成本大幅度降低。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。木質(zhì)纖維來(lái)源為遼寧省丹東化纖廠(chǎng)。實(shí)施例Ia、將聚合度為548的木質(zhì)纖維素5. Og粉碎成塊狀,置于250ml的三口燒瓶中，在室溫下，加入80ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應(yīng)3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨待用。b、取步驟a中預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)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(yīng)體系中加入O. 24g的過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)O. 5小時(shí)；d、將步驟c反應(yīng)體系中加入2. Og的丙烯酰胺、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，恒溫反應(yīng)2小時(shí)，加入O. 08g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I小時(shí)后停止，趁熱過(guò)濾，并用IOOml無(wú)水乙醇沉淀；e、將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘干，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(cè)試結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種纖維素基吸水吸油材料的制備方法，包括下述工藝步驟a.將木質(zhì)纖維素粉碎,加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量15 20倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 20% 的氫氧化鈉水溶液，在20 100°C下攪拌反應(yīng)I 4小時(shí)后停止攪拌，過(guò)濾，水洗至中性，壓榨；b.將步驟a中預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)纖維素加入到水中，攪拌升溫至30 70°C；c向步驟b反應(yīng)體系中加入過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)O. 5 I小時(shí)；d.向步驟c反應(yīng)體系中加入單體丙烯酰胺、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，恒溫反應(yīng)I 6小時(shí)，加入N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I 3小時(shí)后停止，趁熱過(guò)濾，并用無(wú)水乙醇沉淀；e.將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌數(shù)遍，70°C下烘干，得到纖維素吸水吸油材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟a 中木質(zhì)纖維素的聚合度為400 1500。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟b 中水的質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量的30 100倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟c 中過(guò)硫酸鉀質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 02 O. I倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟d 中單體質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量的O. 5 6倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟d 中丙烯酰胺的質(zhì)量為甲基丙烯酸丁酯質(zhì)量的O. 5 4倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟d 中聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 001 O. 01倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于所述步驟d 中N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺質(zhì)量為單體質(zhì)量的O. 005 O. 04倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素基吸水吸油材料的制備方法，其特征在于a.將聚合度為600 800的木質(zhì)纖維素粉碎成塊狀,在室溫下，加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量15 20倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 20%的氫氧化鈉水溶液攪拌反應(yīng)3h，抽濾，水洗滌至中性，壓榨；b.將步驟a中預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)纖維素，加入到質(zhì)量為木質(zhì)纖維素60 100倍的水中， 攪拌升溫至40 60°C ;c.將步驟b反應(yīng)體系中加入質(zhì)量為單體質(zhì)量O.02 O. 05倍的過(guò)硫酸鉀，攪拌反應(yīng)O.5 I小時(shí)；d.將步驟c反應(yīng)體系中加入質(zhì)量為木質(zhì)纖維素質(zhì)量2 4倍的單體以及質(zhì)量為單體質(zhì)量O. 001 O. 003倍的聚乙烯吡咯烷酮，其中單體丙烯酰胺的質(zhì)量為單體甲基丙烯酸丁酯質(zhì)量的O. 5 2倍；攪拌下升溫至50 70°C，恒溫反應(yīng)2 4小時(shí)，加入質(zhì)量為單體質(zhì)量O.005 O. 01倍N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I 2小時(shí)后停止，趁熱過(guò)濾，并用IOOml無(wú)水乙醇沉淀；e.將沉淀產(chǎn)物過(guò)濾，用熱水洗滌3遍，70°C下烘干，得到纖維素基吸水吸油材料。
10.一種由權(quán)利要求I 9所述任一方法制備的纖維素基吸水吸油材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維素基吸水吸油材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。制備方法是以活化處理后的木質(zhì)纖維素為基體，丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯為聚合單體，過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，通過(guò)懸浮聚合法，在無(wú)需氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下制備出纖維素基吸水吸油材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制備了一種環(huán)境友好的可生物降解的纖維素基吸水吸油材料，反應(yīng)工藝簡(jiǎn)單，綜合成本低，并且聚合產(chǎn)物仍保持纖維素原有的形貌特征，使得該材料滿(mǎn)足了一般吸水吸油材料不能同時(shí)解決吸水吸油性和生物降解問(wèn)題的需求，也對(duì)擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。
文檔編號(hào)C08F222/38GK102603978SQ201210017668
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉智超, 徐德增 申請(qǐng)人:大連工業(yè)大學(xué)