摘 要

随着石油资源的枯竭和人类对环境问题的日益关注，天然或改性类高分子合成聚合物水凝胶己成为研究的热点。纤维素及其衍生物是一种储量丰富的绿色资源，具有水溶性、可再生性、生物可降解性、生物相容性、无毒性等优势，其耐盐性也是淀粉和壳聚糖等无法比拟的。纤维素链上丰富的-OH有助于和亲水性乙烯基单体接枝共聚获得具有优良性能的新型材料。纤维素基水凝胶的制备方法有化学引发、辐射引发和等离子体引发等。

本次实验以羟乙基纤维素和高岭土为原料，用环氧氯丙烷作为交联剂，以氢氧化钠为溶剂，采用溶液法混合各种原料，然后进行保温交联的方法，制备超吸水凝胶。主要研究高岭土这种无机物的加入对羟乙基纤维素水凝胶的吸水性能和力学性能的影响。通过实验，找到了制备羟乙基纤维素水凝胶的较优的工艺条件。通过结构表征测试，探明了两种原料的作用方式和高岭土对羟乙基纤维素水凝胶的结构优化，同时通过性能测试，发现了水凝胶的吸水性能随着高岭土的增加，呈现出先增大后减小的趋势，以及水凝胶的力学性能随着高岭土的增加而增强。

关键词：羟乙基纤维素、高岭土、水凝胶、吸水性、力学性能

Abstract

With increasingly concerned about exhausting of oil resources and environment question, researchers have been focus on synthesis of polymer hydrogels using natural or modification of natural polymers. Cellulose and its derivatives is an abundance of green resource, with the advantages of water-solubility, renewable, biodegradable,biocompatibility, non-toxic. The salt tolerance is higher than starch and chitosan. The abundant reactive groups(-OH) on the cellulose chains are convenient for graft polymerization with hydrophilic vinyl monomers to derive novel material possessing new properties. Various techniques have been proposed for initiated synthesis of hydrogel, such as, chemical initiators, radiation, plasma induced and so on.

In this experiment, hydroxyethyl cellulose and kaolin as raw materials, with epichlorohydrin as a cross-linking agent to sodium hydroxide as solvent, the use of solution mixed with various raw materials, and then the method of cross-linking insulation to prepare super-absorbent gel. The effects of the addition of inorganic compounds on the water absorption and mechanical properties of hydroxyethyl cellulose hydrogels were studied. The optimum conditions for the preparation of hydroxyethyl cellulose hydrogels were found by experiments. The structure of two kinds of raw materials and the structure optimization of kaolin on hydroxyethyl cellulose hydrogel were proved by structural characterization. At the same time, the water absorption performance of hydrogel was improved with the increase of kaolin. Increasing the tendency of decreasing and the mechanical properties of hydrogels increased with the increase of kaolin.

Key words: hydroxyethyl cellulose, kaolin, hydrogel, water absorption, mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1纤维素及纤维素醚 1

1.2羟乙基纤维素 1

1.2.1羟乙基纤维素的性能 1

1.2.2羟乙基纤维素的应用 2

1.3高岭土 4

1.3.1高岭土的分类 4

1.3.2高岭土的应用 5

1.4水凝胶 5

1.4.1纤维素基水凝胶 6

1.5水凝胶的吸水机理 6

1.5.1Flory公式 6

1.5.2交联网络结构和吸水的关系 7

1.6研究目的与意义 8

第2章 高岭土/羟乙基纤维素超吸水水凝胶的合成和性能测试 9

2.1实验部分 9

2.1.1试剂和仪器 9

2.1.2高岭土/羟乙基纤维素超吸水凝胶的制备 9

2.1.3高岭土/羟乙基纤维素超吸水凝胶的表征 10

2.1.4溶胀性能测试 11

2.1.5机械性能测试 11

2.2结果与讨论 12

2.2.1高岭土/羟乙基纤维素凝胶的表征 12

2.2.2各因素对凝胶溶胀倍率的影响 14

2.2.3溶胀动力学分析 17

2.2.4高岭土用量对凝胶力学性能的影响 18

第3章 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1纤维素及纤维素醚

纤维素是地球上含量最丰富的天然高分子，植物每年通过光合作用可以合成大量的纤维素^[1]，是以纤维素是人类珍贵的可再生资源。尤其是随着化石资源的日益消耗和可持续发展的要求，以纤维素及其衍生物为原料制备功能材料的研究对人类社会的意义尤显重要。纤维素醚是纤维素衍生物之一，是经由过程纤维素天然高分子进行化学改性获得的，纤维素醚类衍生物是产业上最主要的水溶性聚合物之一。纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基，第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的仲羟基，通过化学反应使羟基被醇基取代，就得到了纤维素醚类衍生物，其中，大分子中被醇基取代的羟基数目称为取代度^[2]。

虽然纤维素醚有很多品种，但是根据不同的分类方法，可以将其分成几大类，其中，若按照纤维素醚的离子性，可以将其分成四大类^[3]。第一类是非离子纤维素醚，甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丁基纤维素醚等属于这一类；第二类是阴离子纤维素醚，羧甲基纤维素钠，羧甲基羟乙基纤维素钠等均包含在此范围内；第三类是阳离子纤维素醚，主要有3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵纤维素醚；第四类是两性离子纤维素醚。

1.2羟乙基纤维素

羟乙基纤维素是一种非离子纤维素醚，具备杰出的生物可降解性，并且无毒害。在当今社会，随着环保的呼声日益高涨，人们的环保意识越来越强，因此，对羟乙基纤维素这种优良的环保原材料的应用研究具有非常广阔的前景。并且，因为羟乙基纤维素具有良好的增稠、乳化、分散和悬浮等性能，其在建筑、食品、医药、日用化品等领域已经被广泛应用^[4]。

1.2.1羟乙基纤维素的性能

羟乙基纤维素的溶解性随着其取代度的高低不同而有所不同，较低取代度的羟乙基纤维素，如取代度（DS）在0.2-0.3之间，摩尔取代度（MS）在0.3-0.5之间的羟乙基纤维素可以溶解在稀碱液中；较高取代度的羟乙基纤维素，如DS在0.8-1.2之间，MS在1.3-2.5之间的羟乙基纤维素可溶解在水中。而且形成的溶液经冷冻、融化、加热至沸腾等操作后都无凝胶或沉淀产生，十分稳定^[5,6]。大多数羟乙基纤维素不仅可以溶于水，还可以溶于由水和水溶性有机溶剂所组成的混合溶剂中，但是水的含量在40%以上。羟乙基纤维素不溶于烃类溶剂，但是在加热的情况下可以溶解在一些强极性溶剂，比如二甲基亚飒、苯酚、乙二胺、二亚乙基三胺、2-氯乙酸、二甲基甲酞胺和甲酸等。经过乙二醛处理的HEC可以在水中迅速分散，在微碱条件下迅速溶解^[7]。