[发明专利]一种纤维素硫酸酯水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于凝胶材料技术领域，具体涉及一种纤维素硫酸酯水凝胶及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中来源丰富、分布广泛的天然可再生资源，广泛应用于化工、食品、材料、纺织、医药等行业。但是纤维素分子链中存在大量的氢键，易发生自团聚形成原纤结构，也容易产生多重不规则盘绕，形成高结晶度纤维。而纤维素葡萄糖单元中原本活泼的羟基被封闭在结晶区内，使其活性降低，应用受限。因此，需要对纤维素进行功能性改性，降低其自身团聚，增强其反应活性。

纤维素硫酸酯是一种纤维素衍生物，具有良好的抗剪切性、生物相容性、抗菌性、抗凝血性等，已广泛应用于化工、化妆品、医药等行业。但在这些应用领域中，都对纤维素硫酸酯的物理性能，尤其是溶解性、流变性和粘弹性等提出了相应的要求。

纤维素及其衍生物水凝胶的微观结构是水溶性聚合物高分子主链的一部分具有亲水性的亲水残基将水分子连接在网络结构内部，另一部分疏水残基遇水发生溶胀伸展而形成的交联聚合态。水凝胶是一种高分子网络体系，质地柔软，能保持一定的形状，并能吸收大量的水。纤维素及纤维素衍生物水凝胶高分子材料应用已十分广泛，在化工涂料、保水剂、分离浓缩材料、除水剂、尿布等吸水制品、建筑用防漏密封材料、医用功能材料及食品加工和保存材料等领域都有产业化的应用。

纤维素硫酸酯水凝胶因其安全无毒可作为助凝剂或塑形剂应用于食品加工中，因其保湿性和抗菌性可添加至护肤品中用于化妆品行业，且凝胶表面和内部均有疏松孔洞，对环境敏感，可作为缓释药物材料应用于医药行业等。早在1962年，Gilbert就报道了以硫酸为酯化剂对聚乙烯醇、甘油、多糖等多羟基醇酯化的方法，此后，国内外对纤维素硫酸酯的制备研究也已取得了一定的进展；中国专利CN102199220A和CN103360499A公开了纤维素硫酸酯的合成工艺，所采用的方法与本申请有所不同：本申请采用的温和的低酸、长时间、可控的硫酸酯化，而以上专利则是为提高产物的取代度，采用的是高酸、长时间的酯化，所得到的产物取代度及其分配，以及分子量分布都与本申请不同。此外，目前研究较多的纤维素基水凝胶，大多为再生纤维素和纤维素醚，美国专利US8871016(B2)公开了一种纤维素水凝胶的制备方法，中国专利CN101903407A涉及了纤维素衍生物及其水凝胶，但是纤维素酯类水凝胶的研究未见报道。开发纤维素硫酸酯水凝胶的制备方法及其性能研究是对纤维素衍生物水凝胶的重要补充。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纤维素硫酸酯水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的纤维素硫酸酯水凝胶。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种纤维素硫酸酯水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤：

将纤维素与硫酸酯化剂混合进行硫酸酯化反应，得到纤维素硫酸酯；然后将纤维素硫酸酯悬浮于去离子水中，搅拌直至溶液呈透明状，调节pH，加入甘油和阴阳离子作为交联剂，搅拌混合均匀，降温静置，得到纤维素硫酸酯水凝胶。

所述的纤维素优选木浆纤维素、棉纤维素或麻纤维素。为了保证产物保留一定的疏水性以便于通过疏水-亲水共同作用形成凝胶，纤维素酯化前不需要进行活化处理。

所述的硫酸酯化剂为氯磺酸-二甲基甲酰胺(ClSO₃H-DMF)复合物，其中氯磺酸的体积百分比为10％～20％；其制备方法是，在冰水混合浴中，向二甲基甲酰胺中滴加氯磺酸，通入氮气及搅拌条件下使两者混合反应得到。

所述的硫酸酯化剂的用量为0.5～1.5mol/mol AGU(AGU,anhydro glucose unit脱水葡萄糖单位)。

所述硫酸酯化反应优选在温度为4～25℃的条件下反应3～6h。

所述纤维素硫酸酯的平均分子量为50000～20000Da，硫酸取代度为0.2～0.5，硫酸酯基在纤维素葡萄糖单元的C₆位均匀分布。

所述纤维素硫酸酯悬浮于去离子水中的重量体积比为7％～15％(w/v)。

所述的调节pH优选调节pH为3～5。

所述甘油的添加量优选为纤维素硫酸酯水凝胶质量的5％～7％。