纤维素海绵的制备研究进展
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第 １４期
许豪铭，等：纤维素海绵的制备研究进展
·４３·
纤维素海绵的制备研究进展
许豪铭１，朱月杰１，严勇杰１，杨展程１，陶士英２，３，黄 辉１
（１．宁波工程学院 材料与化学工程学院，浙江 宁波 ３１５２１１；２．宁波诺丁汉大学 理工学院， 浙江 宁波 ３１５１００；３．宁波诺丁汉新材料研究院有限公司，浙江 宁波 ３１５０４０）
Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００，Ｃｈｉｎａ；３．ＮｉｎｇｂｏＮｏｔｔｉｎｇｈａｍ ＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５０４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｗｉｔｈｉｔｓｇｏｏｄｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃｉｔｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ－ｆｒｉｅｎｄｌｙｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌｏｗ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｕｃｈａｓｓｔｒｏｎｇａｌｋａｌｉｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ＮＭＭＯ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
刘洁等［２］同样以 ＮａＯＨ／尿素溶液作为溶剂，微晶纤维素和
脱脂棉为原料，制备了具有较低密度的纤维素海绵。通过考察 无水硫酸钠成孔剂的用量对纤维素海绵结构和性能的差异，发 现当成孔剂的用量为纤维素混合溶液质量的 １．５倍时，样品的 密度相对最小，为 ０．０８５ｇ／ｃｍ３，孔隙率最高，达 ９４．４％，且海绵 的吸水和保湿倍数较高，分别为 １６．２倍和 １３．８倍。但当成孔 剂的用量为纤维素混合溶液质量的 １倍时，纤维素海绵的泡孔 结构更加稳定。
摘要：纤维素海绵具有吸水性好、环保、成本低等诸多优点，应用广泛。本文主要介绍了强碱溶解法、ＮＭＭＯ法、离子液体法、冷冻干燥法 等纤维素海绵的不同制备工艺，并对存在的影响因素和应用领域进行了探讨。 关键词：纤维素海绵；制备；性能 中图分类号：ＴＯ６２９．９；ＴＱ３５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１４－００４３－０２
Ｙｅ等［３］以棉绒浆粕为纤维素原料，溶解于 ＮａＯＨ／尿素溶 液中，再加入交联 剂 环 氧 氯 丙 烷 后，通 过 水 热 法 形 成 纤 维 素 水 凝胶，经硝酸银水溶液分散后，冷冻干燥可得纤维素 ／纳米银复 合海绵。所制备得的海绵拥有良好的力学性能、生物相容性和 抑菌能力，表现出了明显优于纱布的伤口愈合效果。
ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＳｐｏｎｇｅ
ＸｕＨａｏｍｉｎｇ１，ＺｈｕＹｕｅｊｉｅ１，ＹａｎＹｏｎｇｊｉｅ１，ＹａｎｇＺｈａｎｃｈｅｎｇ１，ＴａｏＳｈｉｙｉｎｇ２，３，ＨｕａｎｇＨｕｉ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｉｎｇｂｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５２１１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＮｏｔｔｉｎｇｈａｍ Ｎｉｎｇｂｏ，Ｃｈｉｎａ，
纤维素是自然界中分布最为广泛的一种可再生天然资源， 年产量可达 １０００多亿吨。其在自然条件下，最后可分解为二氧 化碳和水，对环境 友 好。 随 着 石 油、天 然 气 等 不 可 再 生 资 源 的 日益耗竭和各国对环境污染问题的日益重视，纤维素材料的开 发和应用已成为国内外学者的研究热点，其中纤维素海绵的制 备成为纤维素研究领域的重要方向之一。由于纤维素的熔点 高于其分解问题，很 难 对 其 进 行 熔 融 加 工 处 理，因 此 溶 解 再 生 是制备纤维素海绵最为常见的方法。本文主要从制备工艺的 角度综述了近年来纤维素海绵的制备研究进展，希望有助于纤 维素材料制备技术的研究和发展。
１．２ ＮＭＭＯ法
Ｎ－甲基吗啉 －Ｎ－氧化物（ＮＭＭＯ）作为纤维素的一种新 型环保溶剂，具有无毒、溶解效果好、可循环使用等优点。
刘晓辉等［４］采用 ＮＭＭＯ为溶剂、棉浆粕为原料，分别以无 水硫酸钠、甲苯Fra Baidu bibliotek酰胼和碳酸氢钠复合发泡成孔的方法制备了 纤维素海绵。成孔 剂 用 量 对 纤 维 素 海 绵 形 态 结 构、孔 隙 率、吸 水性、保湿性和拉伸强度均有影响。当成孔剂用量为纤维素溶 液的 ３倍时，所得纤维素海绵的孔隙结构均匀饱满、综合性能 较高；当成孔剂用量为纤维素溶液质量的 ３倍，发泡剂含量为 ４％时，制备的纤维素海绵的孔隙率达到 ９７．７％［５］。
１ 制备工艺 １．１ 强碱溶解法
碱液中碱金属离子的水合离子半径很小，较容易进入纤维 素，打开氢键，破坏相互之间存在的作用力，使得纤维素溶于碱 液。
吴志红等［１］以 ＮａＯＨ／尿素水溶液为溶剂体系，微晶纤维素 为原料，无水硫酸钠为成孔剂、精梳棉为增强纤维，通过冷冻溶 解微晶纤维素成功制备了具有高吸水性能的纤维素海绵，并分 析了微晶纤维素 浓 度、增 强 纤 维 浓 度、成 孔 剂 浓 度 以 及 成 孔 剂 颗粒大小对纤维 素 海 绵 形 态 结 构、密 度、拉 伸 强 度 及 吸 水 率 的 影响。微晶纤维素 质 量 浓 度、增 强 纤 维 质 量 浓 度、成 孔 剂 浓 度 以及成孔剂 颗 粒 的 大 小 是 影 响 纤 维 素 海 绵 性 能 的 主 要 因 素。 当纤维素添加量为 ｍ（纤维素）／ｍ（溶剂）＝６／１００，增强纤维添 加量为 ｍ（增强纤维）／ｍ（溶剂）＝３／１００，成孔剂添加量为 ｍ （成孔剂）／ｍ（溶剂）＝１４０／１００，成孔剂的粒径在 ０．１２５～０．１８ ｍｍ时，纤维素海绵的综合性能较好，其形态均匀，吸水性可以 达到 ９００％以上。
许豪铭，等：纤维素海绵的制备研究进展
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纤维素海绵的制备研究进展
许豪铭１，朱月杰１，严勇杰１，杨展程１，陶士英２，３，黄 辉１
（１．宁波工程学院 材料与化学工程学院，浙江 宁波 ３１５２１１；２．宁波诺丁汉大学 理工学院， 浙江 宁波 ３１５１００；３．宁波诺丁汉新材料研究院有限公司，浙江 宁波 ３１５０４０）
Ｎｉｎｇｂｏ ３１５１００，Ｃｈｉｎａ；３．ＮｉｎｇｂｏＮｏｔｔｉｎｇｈａｍ ＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅＬｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５０４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｗｉｔｈｉｔｓｇｏｏｄｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃｉｔｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ－ｆｒｉｅｎｄｌｙｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌｏｗ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｕｃｈａｓｓｔｒｏｎｇａｌｋａｌｉｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ＮＭＭＯ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｐｏｎｇｅ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
刘洁等［２］同样以 ＮａＯＨ／尿素溶液作为溶剂，微晶纤维素和
脱脂棉为原料，制备了具有较低密度的纤维素海绵。通过考察 无水硫酸钠成孔剂的用量对纤维素海绵结构和性能的差异，发 现当成孔剂的用量为纤维素混合溶液质量的 １．５倍时，样品的 密度相对最小，为 ０．０８５ｇ／ｃｍ３，孔隙率最高，达 ９４．４％，且海绵 的吸水和保湿倍数较高，分别为 １６．２倍和 １３．８倍。但当成孔 剂的用量为纤维素混合溶液质量的 １倍时，纤维素海绵的泡孔 结构更加稳定。
摘要：纤维素海绵具有吸水性好、环保、成本低等诸多优点，应用广泛。本文主要介绍了强碱溶解法、ＮＭＭＯ法、离子液体法、冷冻干燥法 等纤维素海绵的不同制备工艺，并对存在的影响因素和应用领域进行了探讨。 关键词：纤维素海绵；制备；性能 中图分类号：ＴＯ６２９．９；ＴＱ３５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１４－００４３－０２
Ｙｅ等［３］以棉绒浆粕为纤维素原料，溶解于 ＮａＯＨ／尿素溶 液中，再加入交联 剂 环 氧 氯 丙 烷 后，通 过 水 热 法 形 成 纤 维 素 水 凝胶，经硝酸银水溶液分散后，冷冻干燥可得纤维素 ／纳米银复 合海绵。所制备得的海绵拥有良好的力学性能、生物相容性和 抑菌能力，表现出了明显优于纱布的伤口愈合效果。
ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＣｅｌｌｕｌｏｓｅＳｐｏｎｇｅ
ＸｕＨａｏｍｉｎｇ１，ＺｈｕＹｕｅｊｉｅ１，ＹａｎＹｏｎｇｊｉｅ１，ＹａｎｇＺｈａｎｃｈｅｎｇ１，ＴａｏＳｈｉｙｉｎｇ２，３，ＨｕａｎｇＨｕｉ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｉｎｇｂｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５２１１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＮｏｔｔｉｎｇｈａｍ Ｎｉｎｇｂｏ，Ｃｈｉｎａ，
纤维素是自然界中分布最为广泛的一种可再生天然资源， 年产量可达 １０００多亿吨。其在自然条件下，最后可分解为二氧 化碳和水，对环境 友 好。 随 着 石 油、天 然 气 等 不 可 再 生 资 源 的 日益耗竭和各国对环境污染问题的日益重视，纤维素材料的开 发和应用已成为国内外学者的研究热点，其中纤维素海绵的制 备成为纤维素研究领域的重要方向之一。由于纤维素的熔点 高于其分解问题，很 难 对 其 进 行 熔 融 加 工 处 理，因 此 溶 解 再 生 是制备纤维素海绵最为常见的方法。本文主要从制备工艺的 角度综述了近年来纤维素海绵的制备研究进展，希望有助于纤 维素材料制备技术的研究和发展。
１．２ ＮＭＭＯ法
Ｎ－甲基吗啉 －Ｎ－氧化物（ＮＭＭＯ）作为纤维素的一种新 型环保溶剂，具有无毒、溶解效果好、可循环使用等优点。
刘晓辉等［４］采用 ＮＭＭＯ为溶剂、棉浆粕为原料，分别以无 水硫酸钠、甲苯Fra Baidu bibliotek酰胼和碳酸氢钠复合发泡成孔的方法制备了 纤维素海绵。成孔 剂 用 量 对 纤 维 素 海 绵 形 态 结 构、孔 隙 率、吸 水性、保湿性和拉伸强度均有影响。当成孔剂用量为纤维素溶 液的 ３倍时，所得纤维素海绵的孔隙结构均匀饱满、综合性能 较高；当成孔剂用量为纤维素溶液质量的 ３倍，发泡剂含量为 ４％时，制备的纤维素海绵的孔隙率达到 ９７．７％［５］。
１ 制备工艺 １．１ 强碱溶解法
碱液中碱金属离子的水合离子半径很小，较容易进入纤维 素，打开氢键，破坏相互之间存在的作用力，使得纤维素溶于碱 液。
吴志红等［１］以 ＮａＯＨ／尿素水溶液为溶剂体系，微晶纤维素 为原料，无水硫酸钠为成孔剂、精梳棉为增强纤维，通过冷冻溶 解微晶纤维素成功制备了具有高吸水性能的纤维素海绵，并分 析了微晶纤维素 浓 度、增 强 纤 维 浓 度、成 孔 剂 浓 度 以 及 成 孔 剂 颗粒大小对纤维 素 海 绵 形 态 结 构、密 度、拉 伸 强 度 及 吸 水 率 的 影响。微晶纤维素 质 量 浓 度、增 强 纤 维 质 量 浓 度、成 孔 剂 浓 度 以及成孔剂 颗 粒 的 大 小 是 影 响 纤 维 素 海 绵 性 能 的 主 要 因 素。 当纤维素添加量为 ｍ（纤维素）／ｍ（溶剂）＝６／１００，增强纤维添 加量为 ｍ（增强纤维）／ｍ（溶剂）＝３／１００，成孔剂添加量为 ｍ （成孔剂）／ｍ（溶剂）＝１４０／１００，成孔剂的粒径在 ０．１２５～０．１８ ｍｍ时，纤维素海绵的综合性能较好，其形态均匀，吸水性可以 达到 ９００％以上。