聚乙烯醇/纤维素凝胶的制备和性能研究开题报告

全文总字数：5026字

1. 研究目的与意义

聚乙烯醇水凝胶具有优良的减震、润滑、耐磨及良好的生物相容性，聚乙烯醇是一种无色无毒无腐蚀性，可生物降解的水溶性高分子聚合物。目前除了作为维纶原料之外，PVA在纺织浆料、涂料、粘合剂、乳化剂、薄膜等工业领域中应用日趋广泛，但由于PVA耐水性，水溶性，稳定性比较差，从而影响其应用。在化纤工业中，PVA存在结皮，气泡，对纤维粘附性不足等缺点。二十世纪六十年代，为了满足航空航天等尖端技术领域所用材料的需要，先后研制和生产了很多以高性能纤维（如硼纤维，芳纶纤维，碳纤维，碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，将这种复合材料称为先进复合材料，但是随着地球资源一步步接近耗尽，以及这些材料的成本太高，世界上更多的研究人员把目光聚集在了纤维素上面，纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上，每年通过光合作用可合成约1.510的12次方吨。纤维素作为一种天然高分子材料，主要来自于植物细胞壁，是地球上最广泛的资源，是取之不尽，用之不竭的天然高分子材料，纤维素具有来源广泛，无污染，生物相容性好物理化学性质稳定等特点，纤维素及其衍生物在纺织、轻工、医药、国防、化工、能源、石油、生物技术和环境保护等部门应用十分广泛。纤维素可替代石油化工原料，对缓解世界能源与环境问题有着重大意义。纤维素是D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖，在结品区内相邻的葡萄糖环相互倒置，糖环中的氢原了和羟基分布在糖环平面的两侧。由于天然纤维素的聚集态结构特点及其分了间和分了内存在着很多氢键和较高的结品度，因此不能在水和一般有机、无机溶剂中溶解，也缺乏热可塑性，并目耐化学腐蚀性、强度都比较差，这对其成型、加工和应用都受到许多限制。为了解决其在应用上的固有缺点，解决办法之一是将各种材料进行共混改性。

2. 国内外研究现状分析

因为天然纤维素还有所不足，所以要得到比较充分的应用，将纤维素改性是一个比较可行的办法。

天然的纤维素大分子，因为含有大量羟基及其他极性基团，分子内和分子间作用力大，给纤维素的改性带来了一定困难。

通常对纤维素进行改性的方法有以下3种:①物理改性，包括干法或湿法研磨、氨爆炸、蒸汽爆炸、溶剂交换、打浆、复合化浸润等;②化学改性，包括醚化、酯化、交联、接枝共聚等，通常涉及其结构中羟基的一系列反应;③生物改性，包括酶的水解、氧化、表而吸附以及改变细菌代谢途径等。

3. 研究的基本内容与计划

课题研究的主要内容1.聚乙烯醇/纤维素凝胶的制备。2.不同质量比的聚乙烯醇/纤维素凝胶的保水性测定。3.聚乙烯醇纤维素水凝胶和聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的测试 。4.交联剂种类筛选的实验。5.交联剂用量对聚乙烯醇水凝胶溶胀性能的影响。课题研究方案实验药品以及仪器;量筒，烧杯，电子万用炉，搅拌棒，烘箱，电子天平。聚乙烯醇，NaOH溶液，尿素，硼酸，硼酸溶液、环氧氯丙烷，聚乙二醇，戊二醛。聚乙烯醇凝胶的制备 用量筒量取50mL蒸馏水，倒入250mL烧杯中，将烧杯放在炉上加热。待烧杯内水温达到85℃左右时首先向烧杯内加入适量已的聚乙烯醇，用搅拌棒搅拌使其完全溶解，然后将已完全溶解的氢氧化钠和硼酸混合液加入烧杯中。搅拌，使其与聚乙烯醇水溶液混合。冷却后即可制得聚乙烯醇水凝胶。配制NaOH/尿素溶液； 使用去离子水配制6％NaOH，10％ 尿素溶液搅拌至完全溶解,然后在电冰箱中进行降温冰冻。配制纤维素溶液； 将木浆纸板剪成小纸片，使用已降温至-5℃左右的NaOH／尿素溶液配制5％纤维素溶液，搅拌至完全溶解，待用。 将配制好的纤维素溶液分成6等份，分别加入不同量的PVA溶液 （PVA与纤维素的质量比分别为2;5、4:5、6;5、、12;5），搅拌至均匀，然后依次加入不同量的硼酸溶液（PVA与硼酸的质量比均为10;1），静置24h使其交联，而后向每份交联物中加入足够的去离子水，再静置24h使其完全交联，最后将6份半成品用清水冲洗数遍，放入干燥箱恒温50℃干燥，12h后取出即为成品。不同质量比的聚乙烯醇/纤维素凝胶的保水性测定 分别称取6个干态成品干重（Md），然后加入足量去离子水对其进行浸泡，每隔1h取出称取各自重量，共测试6组数据（Ms1、Ms2、Ms3、、Ms6），由式(1)计算吸水速率；成品继续浸泡24h，而后取称取6个湿态成品湿重（Ms），由式(2)计算吸水性；然后将6个湿态成品放入干燥箱恒温50℃干燥，每隔1h称取各自重量，共测试6组数据 （Md1、Md2、Md3、、Md6），由式(3)计算保水性。吸水速率：Msｘ／Md100％ (1)吸水性：（Ms-Md）／Md100％ (2)保水性 （含水率）Mdｘ／Ms100％ (3)式中，Md：水凝胶吸水前干态时的重量，即干重(g)；Ms：水凝胶完全吸水以后的重量，即湿重（g）；Msx;（x取1,2,3）水凝胶吸水一定时间以后的重量(g）；Mdｘ：（ｘ取1,2,3、水凝胶干燥一定时间以后的重量(g)。水凝胶溶胀性能的测试 将水凝胶试样放入烘箱内干燥直至完全脱水，称重。然后将干胶放入蒸馏水中，待溶胀平衡后，称量湿凝胶的质量。溶胀率按下式计算； Sr=(Mw-Ms)/ Ms Mw-溶胀平衡后湿凝胶的质量；Ms-干凝胶的质量。 交联剂种类筛选的实验 取溶解好的纤维素溶液，分成3等份，分别加入等量PVA溶液 （PVA与纤维素的质量比均为2;1，搅拌至完全均匀，然后依次加入硼酸溶液、环氧氯丙烷和戊二醛，PVA与三者的质量比均为10;1），静置24h使其交联，而后向每份交联物中加入足量去离子水,再静置24h使其完全交联，最后将3份半成品用清水冲洗数遍，放入干燥箱恒温50℃干燥，12h后取出即为成品．按照前述的方法测试3个成品的吸水速率、吸水性和保水性。

4. 研究创新点

使用了多种交联剂，分别测定不同种类交联剂对交联效果的影响使用了冷冻干燥机，提高了干燥的效果