纤维素水凝胶的合成及其结构和性能表征

纤维素水凝胶的合成及其结构和性能表征 周金平，常春雨，董首成，张俐娜

武汉大学化学与分子科学学院，武汉 430072，

E-mail: jp.zhou@

Figure 1. SEM micrographs of gel cross sections of the cross-linked cellulose hydrogels.

水凝胶是一类有广泛用途的高分子材料[1, 2]。纤维素由于具有很强的分子内和

分子间氢键，难溶于水和普通的有机溶剂，因此纤维素类水凝胶通常是用水溶性纤维素衍生物通过化学和物理交联制得[3, 4]。前文开发出一种廉价、无污染的纤维素新溶剂——NaOH/尿素水溶液[5]。本工作利用这一水溶液体系由纤维素通过“一步法”直接制备水凝胶，并通过扫描电镜、红外光谱、固体核磁共振、紫外-可见光谱仪、吸水性试验表征其形貌、结构和性能。

通过冷冻－解冻的方法将纤维素直接溶解在6wt ％NaOH/4wt%尿素水溶液中

制得透明溶液。室温下缓缓滴加环氧氯丙烷到纤维素溶液中，然后升高温度至50 °C 继续反应一段时间即得到水凝胶。这类纤维素水凝胶为无色、透明，具有很好的光学透明度和良好的机械强度。扫描电镜照片（图1）示出五种水凝胶试样均表

现出均匀的大孔网络结构，孔尺寸在2 ~ 3 µm 之间。正是由于这种“大孔”结构以及纤维素分子链上丰富的羟基使它们具有很好的吸水功能。25 °C 时，Gel-1、Gel-2、Gel-3、Gel-4和Gel-5的溶胀比分别为59.1、57.5、53.6、31.6和45.3 g-H 2O/g-干凝胶。随温度升高，水凝胶的溶胀比呈缓慢下降趋势。对于相同浓度纤维素溶液和等量交联剂制备的水凝胶，随着反应时间的延长，溶胀比降低。这可能是因为水凝胶的交联度随时间有所增大导致。此外，凝胶的强度与其溶胀比相反，即

溶胀比越小，凝胶强度越大。图2示

本工作得到国家863计划（2004AA649250）、国家自然科学基金（20204011）和中科院广州化学研究所纤维素重点实验室开放基金的资助。

Synthesis, structure and properties of cellulose hydrogels

Jinping Zhou, Chunyu Chang, Shouchen Dong, Lina Zhang Department of Chemistry, Wuhan University, Wuhan 430072, E-mail: jp.zhou@

A series of novel cellulose hydrogels were prepared through one-step way from cellulose by using chloride propylene epoxide as crosslinking agent. Morphology and properties of the hydrogels were characterized with UV-Vis，NMR, FT-IR, scanning electron microscopy and water absorption testing. The result showed that the hydrogels have excellent mechanical strength and optics transparence. The cellulose hydrogels have good ability for water absorption; because of theirs macroporous structure and the cellulose chains contain abundant hydroxyl groups. The swelling ratio of Gel-1, Gel-2, Gel-3, Gel-4 and Gel-5 at 25 °C was 59.1, 57.5, 53.6, 31.6 and 45.3 g-H2O/g-dry hydrogels, respectively; and the swelling ratio slowly decreased with an increase of temperature. The re-swelling rate of dry hydrogels in water were proportional to theirs swelling ratio, and the water uptake of Gel-4 was above 90%. This work provided a simple and fast method for preparing cellulose hydrogels.

Keywords: Cellulose hydrogel, Mcroporous structure, Swelling ratio, Water uptake

纤维素水凝胶的合成及其结构和性能表征

作者：周金平， 常春雨， 董首成， 张俐娜

作者单位：武汉大学化学与分子科学学院，武汉 430072

1.蔡杰.张俐娜.周金平.陈辉.金惠明新型再生纤维素纤维的制备和表征[会议论文]-2004

2.蔡杰.张俐娜.周金平.祁海松.陈辉.Tetsuo Kondo.陈续明.朱鹏年NaOH/尿素水体系制备新型纤维素丝结构与性能[会议论文]-2006

3.周金平.蔡杰.张俐娜光散射和粘度法表征纤维素在NaOH/尿素水溶液中的行为[会议论文]-2003

4.周金平.宋勇波.刘石林.张俐娜.蔡文华氰乙基纤维素的合成及其结构和物性[会议论文]-2006

5.蔡杰.张俐娜新型再生纤维素纤维的结构与性能[会议论文]-2005

6.蔡杰.张俐娜纤维素/NaOH/尿素水溶液的独特流变行为[会议论文]-2005

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