论文部分内容阅读
目前市场上的高吸水材料经常被报道缺乏完全的生物降解性,并且价格昂贵。而基于单纯纤维素类吸水材料具有较低的液体吸收能力,如何在保证高吸水性能的同时满足成本和生物降解性的要求,是当前急待解决的难题。基于多糖/纤维素的聚合物由于其生物相容性、低毒性、生物降解性和较低的成本而受到广泛关注。而共混是提高聚合物材料性能的一种有效、方便的方法。并且壳聚糖和纤维素是来源于世界上最丰富的两种生物质资源,符合可持续发展和环境友好发展等理念。本论文以纤维素（MCC）/壳聚糖（CS）为基础,首先用高碘酸钠（Na IO4）和氯乙酸（C2H3Cl O2）对其进行分别改性得二醛纤维素（DAMCC）和羧甲基壳聚糖（CMCS）。然后分别加入十二烷基磺酸钠（SDS）和新戊二醇二缩水甘油醚（NGDE）进行反应,经真空冷冻干燥后,制备了三种不同的吸水材料。考查了反应因素（DAMCC用量、CMCS用量、SDS、NGDE用量、反应温度、PH值）对吸水材料各性能的影响;对其吸水性能、保水性能、再膨胀性能、可降解性能进行了测定;采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和热失重分析法（TGA）对微观结构进行表征分析。（1）首先探讨了吸水材料的最佳配比,当DAMCC和CMCS含量为1wt%,比值为1:3,反应温度60℃,反应时间1小时,得到的吸水材料吸去离子水效果最佳,能够吸收42g/g,在盐水中也能够达到15g/g,具有良好的再膨胀性能和可降解性能,120d左右能达到80%的降解率。从吸水材料的SEM图可以看出,在吸水材料能看到明显的孔洞,但孔的大小和孔径限制了吸水性能。FTIR表明,高碘酸钠成功的将MCC氧化成DAMCC,并进一步证实了醛基与氨基发生了席夫碱反应。TGA表明,该材料具有优异的降解性能。BET表明样品中形成了大孔结构,孔径范围0～170nm。（2）其次为了进一步提高吸水材料的吸水性能,对体系添加SDS以增强内部孔隙结构,探讨了搅拌转速对体系的影响,进一步研究了SDS对体系稳定性的影响以及对吸水材料各种性能的影响。研究表明,当DAMCC含量为3wt%,CMCS含量为2wt%,SDS含量为4wt%,其吸水性能得到了明显的提升。能够吸收去离子水105g/g,在盐水中能够达到54g/g。SEM表征了吸水材料的微观形貌,可以看出,吸水材料具有高度多孔结构,孔径在350-600μm和开放孔几何形状的范围内,由片状壁和超薄结构隔开。FTIR表明,醛基与氨基发生了席夫碱反应,同时也证实了SDS参与了反应。XRD表明,在泡沫凝胶中,由于SDS的加入和席夫碱反应的共同作用,完全破坏了MCC的晶体结构,并且导致了CMCS结晶度降低。BET表明SDS的添加增加了孔的数量,其孔直径进一步增大。（3）最后,通过向体系中进一步添加NGDE,合成了新型DAMCC/CMCS/SDS/NGDE泡沫吸水材料。探讨了NGDE共混泡沫吸水材料的组成与性能,当DAMCC含量为3wt%、CMCS含量为2wt%、SDS含量为4wt%、NGDE含量为4wt%时,泡沫体系具有优异的稳定性,其吸水效果最高,能够吸收120g/g去离子水,在盐水中能够达到62g/g。吸水材料经过192h后能够保持50%的水,在盐水中也能保持30%。并且经过一次吸水后,吸水能力下降大约5%,但仍保持着较高的吸水率,在第三个循环之后,类似的再膨胀行为没有进一步下降。吸水材料的SEM图可以看出,表面形貌发生了明显的变化,孔径增大,这充分证实了NGDE的增加,增强了吸水能力,这为吸水材料的再膨胀性能以及保水性能奠定了基础。FTIR证实醛基与氨基反应的同时,NGDE上的环氧基团能够参与反应。BET表明了环氧基团和壳聚糖之间的聚合反应形成了大孔结构,这也进一步证实了吸水材料对水的吸收主要依赖于大孔结构。综上所述,纤维素/壳聚糖共混吸水材料能够充分发挥其各自优势,能够在高吸水性的同时,满足对成本低、降解性能好的需求。本论文为高吸水材料领域的研究提供了规律性理论基础和实际性应用依据。