陽離子水凝膠材料及其制備方法
【專利摘要】一種陽離子水凝膠材料及其制備方法，包括以下重量份數(shù)的各成分：蒸餾水55-70份、陽離子聚合物25-40份、交聯(lián)劑1-5份、交聯(lián)助劑0.5-2份、堿調(diào)節(jié)劑0.2-2份和酸調(diào)節(jié)劑0-6份；其制備方法如下：稱取蒸餾水于燒杯中，加入陽離子聚合物，室溫?cái)嚢柚寥芙猓患尤虢宦?lián)劑，調(diào)節(jié)溶液pH值并加熱攪拌直至交聯(lián)劑完全溶解；再加入交聯(lián)助劑，混勻后調(diào)節(jié)溶液pH至8-9；用保鮮膜覆蓋燒杯口，將燒杯置于50-80℃恒溫水浴中交聯(lián)反應(yīng)24h，得到水凝膠；用去離子水反復(fù)浸泡所述水凝膠，去除其中的無機(jī)離子后氣流烘干并粉碎，即得產(chǎn)品。本發(fā)明可以靈活有效地調(diào)節(jié)陽離子水凝膠的性能，生產(chǎn)成本低廉，合成工藝簡單易行。
【專利說明】陽離子水凝膠材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陽離子水凝膠材料，及陽離子水凝膠材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陽離子水凝膠是一種適度交聯(lián)的親水性高分子材料，它具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)由大分子主鏈和陽離子型親水基團(tuán)構(gòu)成。當(dāng)水凝膠材料與水接觸時(shí)，會(huì)由于親水作用和毛細(xì)管效應(yīng)而吸水溶脹，而交聯(lián)結(jié)構(gòu)則使其溶脹受到限制，表現(xiàn)出可溶脹不溶解的宏觀特性。由于其分子結(jié)構(gòu)中含有大量陽離子基團(tuán)(最常見的是季銨鹽基團(tuán))，因此陽離子水凝膠材料是一種典型的功能性高分子材料，廣泛應(yīng)用于污水處理、藥物緩釋、離子交換等領(lǐng)域。
[0003]已見報(bào)道的陽離子水凝膠制備方法主要有以下幾種:1.陽離子單體通過自由基聚合或自由基共聚合制備陽離子水凝膠(饒品華等.磁性陽離子水凝膠的合成及其對(duì)六價(jià)鉻的吸附去除.環(huán)境化學(xué)，2011，30 =1858-1863 ;董岸杰等.可再分散pH敏感型陽離子聚合物水凝膠亞微米粒及制備方法.CN200610130502.1) ；2.以殼聚糖等天然高分子材料為原料進(jìn)行化學(xué)改性制備陽離子水凝膠(沈軍等.殼聚糖-磷酸化殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合物水凝膠的組裝與仿生礦化.中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14:8814-8817)。其中，采用自由基聚合和自由基共聚合法制備陽離子水凝膠時(shí)，常用的陽離子單體原料主要是二甲基二烯丙基氯化銨、乙烯亞胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、乙烯基吡咯烷酮等，常用的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺；采用化學(xué)改性法時(shí)，常用的原料主要是改性殼聚糖、改性明膠
坐寸ο
[0004]目前已有的陽離子水凝膠制備工藝所采用的陽離子原料均為精細(xì)化工產(chǎn)品，原料價(jià)格昂貴導(dǎo)致凝膠材料生產(chǎn)成本較高。此外，已有工藝對(duì)于水凝膠材料中的陽離子凝膠相均采用一步聚合的方法，難以針對(duì)材料的分子鏈和交聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控設(shè)計(jì)，這導(dǎo)致制備的凝膠材料結(jié)構(gòu)和功能單一，在諸如凝膠溶脹率、凝膠形態(tài)、PH敏感性、吸附和離子交換能力等綜合應(yīng)用性能方面無法做到靈活有效的調(diào)節(jié)和兼顧。
[0005]對(duì)此， 申請(qǐng)人:研發(fā)了一種水溶性陽離子聚合物并建立了一套合成該類聚合物的制備方法(參見中國專利《一種陽離子聚合物的配方及其制備方法》，申請(qǐng)?zhí)枮?01010165511.0)。本發(fā)明是在此基礎(chǔ)上，采用先預(yù)聚后交聯(lián)的分步聚合方法，以該類水溶性陽離子聚合物為原料，通過優(yōu)選的交聯(lián)劑和交聯(lián)工藝，實(shí)現(xiàn)水溶性陽離子聚合物的交聯(lián)聚合，制備陽離子水凝膠材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于提供一種陽離子水凝膠材料，具有靈活可調(diào)的凝膠溶脹率、凝膠形態(tài)和pH敏感性，同時(shí)具有很強(qiáng)的吸附和離子交換能力。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之一的:一種陽離子水凝膠材料，包括以下重量份數(shù)的各成分:[0008]蒸餾水55-70份、陽離子聚合物25-40份、交聯(lián)劑1_5份、交聯(lián)助劑0.5-2份、堿調(diào)節(jié)劑0.2-2份和酸調(diào)節(jié)劑0-6份。
[0009]進(jìn)一步地，所述交聯(lián)劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、木質(zhì)素、羥乙基纖維素、可溶性淀粉中的一種或多種任意組合。
[0010]進(jìn)一步地，所述交聯(lián)助劑為多聚甲醛、乙二醛、戊二醛中的一種或多種任意組合。
[0011]進(jìn)一步地，所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或多種任意組合。
[0012]進(jìn)一步地，所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
[0013]進(jìn)一步地，所述陽離子聚合物包括以下重量份數(shù)的各成分:
[0014]水20-50份、丙酮8-15份、胺5_20份、醛15_30份、堿調(diào)節(jié)劑3_5份、酸調(diào)節(jié)劑12-20 份；
[0015]所述胺為二甲胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、己二胺中的一種或多種任意
組合；
[0016]所述醛為甲醛、乙醛、多聚甲醛中的一種或多種任意組合；
[0017]所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或兩種任意組合；
[0018]所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
[0019]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于提供所述的陽離子水凝膠材料的制備方法，具有成本低廉，合成工藝簡單易行的優(yōu)點(diǎn)。
[0020]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之二的:一種所述的陽離子水凝膠材料的制備方法，其操作方法如下:
[0021 ] 稱取蒸餾水55-70重量份于燒杯中，加入陽離子聚合物25-40重量份，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?；加入交?lián)劑1-5重量份，用堿調(diào)節(jié)劑或酸調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液pH值并加熱攪拌直至交聯(lián)劑完全溶解；再加入交聯(lián)助劑0.5-2重量份，攪拌混合均勻后用堿調(diào)節(jié)劑或酸調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液PH至8-9 ;用保鮮膜覆蓋燒杯口，將燒杯至于50-80°C恒溫水浴中交聯(lián)反應(yīng)24h，得到水凝膠；最后用去離子水反復(fù)浸泡所述水凝膠，去除其中的無機(jī)離子后氣流烘干并粉碎，即得陽離子水凝膠材料。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023](I)采用了先預(yù)聚得到陽離子聚合物，再交聯(lián)得到陽離子水凝膠的分步聚合方法，因此在陽離子聚合物交聯(lián)形成陽離子水凝膠時(shí)，可以通過改變交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑的種類、交聯(lián)反應(yīng)條件等方法對(duì)最終產(chǎn)物的分子鏈柔性、支化程度以及交聯(lián)密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)控，進(jìn)而可以靈活有效地調(diào)節(jié)陽離子水凝膠的性能，適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境的需要。
[0024](2)制備的陽離子水凝膠吸附材料具有較高的陽離子電荷密度，對(duì)于工業(yè)廢水中的多種陰離子污染物(如陰離子染料、陰離子表面活性劑等)均有很強(qiáng)的吸附能力。
[0025](3)所用原料均為常見工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，成本低廉；聚合反應(yīng)條件溫和，合成工藝簡單易行，和現(xiàn)有陽離子水凝膠生產(chǎn)工藝相比具有顯著的生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0027]圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1的陽離子水凝膠材料樣品的IR譜圖。
[0028]圖2為本發(fā)明中實(shí)施例2的陽離子水凝膠材料樣品的IR譜圖。[0029]圖3為本發(fā)明中實(shí)施例3的陽離子水凝膠材料樣品的IR譜圖。
[0030]圖4為本發(fā)明中實(shí)施例4的陽離子水凝膠材料樣品的IR譜圖。
[0031]圖5為本發(fā)明中實(shí)施例5的陽離子水凝膠材料樣品的IR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]一種陽離子水凝膠材料，包括以下重量份數(shù)的各成分:
[0033]蒸餾水55-70份、陽離子聚合物25-40份、交聯(lián)劑1_5份、交聯(lián)助劑0.5-2份、堿調(diào)節(jié)劑0.2-2份和酸調(diào)節(jié)劑0-6份。
[0034]所述交聯(lián)劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、木質(zhì)素、羥乙基纖維素、可溶性淀粉中的一種或多種任意組合；
[0035]所述交聯(lián)助劑為多聚甲醛、乙二醛、戊二醛中的一種或多種任意組合；
[0036]所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或多種任意組合；
[0037]所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
[0038]所述陽離子聚合物包括以下重量份數(shù)的各成分:
[0039]水20-50份、丙酮8-15份、胺5_20份、醛15_30份、堿調(diào)節(jié)劑3_5份、酸調(diào)節(jié)劑12-20份；所述胺為二甲胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、己二胺中的一種或多種任意組合；所述醛為甲醛、乙醛、多聚甲醛中的一種或多種任意組合；所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或兩種任意組合；所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
[0040]所述陽離子聚合物的具體合成方法如下(可參見中國專利CN101817912B，名稱為一種陽離子聚合物的配方及其制備方法):
[0041](I)稱取上述原料中水的重量份數(shù)，并加入第一批醛、全部丙酮和第一批胺；所述第一批醛的加料量為上述原料中醛的重量份數(shù)的0.35-0.85倍，第一批胺的加料量為上述原料中胺的重量份數(shù)的0.50-0.85倍，并用酸調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH至1-4，然后室溫下反應(yīng)
1.5-3.0h ；
[0042](2)隨后加入第二批醛，所述第二批醛的加料量為上述原料中醛的重量份數(shù)的
0.15-0.65倍，反應(yīng)10-60min后，加入堿催化劑調(diào)節(jié)pH至7_13，加入第二批胺，所述第二批胺的加料量為上述原料中胺的重量份數(shù)的0.15-0.50倍，升溫至50-80°C ;繼續(xù)反應(yīng)
2.0-3.5h，產(chǎn)物為暗紅色液體；
[0043](3)通過簡單蒸餾或半透膜透析的方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行提純；
[0044](4)將上述溶液加熱濃縮或減壓蒸餾、冷凍干燥，得到橙黃色粉末，即為陽離子聚合物。
[0045]其中，各實(shí)施例的陽離子水凝膠材料的原料及配比情況如表I所示:
[0046]表I各實(shí)施例的陽離子水凝膠材料原料配比
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:包括以下重量份數(shù)的各成分: 蒸餾水55-70份、陽離子聚合物25-40份、交聯(lián)劑1_5份、交聯(lián)助劑0.5-2份、堿調(diào)節(jié)劑0.2-2份和酸調(diào)節(jié)劑0-6份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:所述交聯(lián)劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、木質(zhì)素、羥乙基纖維素、可溶性淀粉中的一種或多種任意組合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:所述交聯(lián)助劑為多聚甲醛、乙二醛、戊二醛中的一種或多種任意組合。
4.如權(quán)利要求1所述的一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或多種任意組合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
6.如權(quán)利要求1所述的一種陽離子水凝膠材料，其特征在于:所述陽離子聚合物包括以下重量份數(shù)的各成分: 水20-50份、丙酮8-15份、胺5-20份、醛15-30份、堿調(diào)節(jié)劑3_5份、酸調(diào)節(jié)劑12-20份； 所述胺為二甲胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、己二胺中的一種或多種任意組合； 所述醛為甲醛、乙醛、多聚甲醛中的一種或多種任意組合； 所述堿調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氨水、氫氧化鉀中的一種或兩種任意組合； 所述酸調(diào)節(jié)劑為硫酸、鹽酸、醋酸中的一種或多種任意組合。
7.—種如權(quán)利要求1所述的陽離子水凝膠材料的制備方法，其特征在于:其操作方法如下: 稱取蒸餾水55-70重量份于燒杯中，加入陽離子聚合物25-40重量份，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?；加入交?lián)劑1-5重量份，用堿調(diào)節(jié)劑或酸調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液pH值并加熱攪拌直至交聯(lián)劑完全溶解；再加入交聯(lián)助劑0.5-2重量份，攪拌混合均勻后用堿調(diào)節(jié)劑或酸調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液PH至8-9 ;用保鮮膜覆蓋燒杯口，將燒杯至于50-80°C恒溫水浴中交聯(lián)反應(yīng)24h，得到凝膠狀產(chǎn)品；最后用去離子水反復(fù)浸泡所述水凝膠，去除其中的無機(jī)離子后氣流烘干并粉碎，即得陽離子水凝膠材料。
【文檔編號(hào)】C02F1/58GK103962111SQ201410192420
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】方潤, 程賢甦 申請(qǐng)人:閩江學(xué)院