[發明專利]結構可控纖維素接枝共聚物/蒙脫土復合材料及制備方法

無效

• 申請號: 201210175706.2
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102690487A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 武榮蘭;鄭燕坪;徐世美;王吉德;田玲園
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C08L51/00
• 分類號: C08L51/00;C08K3/34;C08F251/02;C08F2/00
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技術領域

本發明涉及高分子納米復合新材料領域，具體涉及一種結構可控纖維素共聚物/蒙脫土復合材料及其制備方法，它是由纖維素與功能單體通過原子轉移自由基聚合接枝共聚的同時與蒙脫土進行插層制得的高分子納米復合新材料。??

背景技術

纖維素是地球上最豐富的天然高分子材料，具有無毒、價格低廉、生物可降解及生物相容性好等優點，是一種環境友好型材料。纖維素具有多毛細管、多孔及比表面積大的特點，有一定吸附能力。但天然纖維自身的吸附能力并不強，通過纖維素分子中羥基的改性引入具有較強吸附性能的官能團，可提高其吸附能力。接枝共聚方法改性纖維素，可使制得纖維素功能材料既保有纖維素本身的特性，如無毒、生物可降解，還可使其兼有高分子聚合物的特性，如高機械強度、高吸附性、易再生回收等。目前應用最廣泛的接枝改性方法是自由基聚合，然而傳統的自由基聚合存在很多問題，如慢引發、快速鏈增長、易發生鏈轉移和鏈終止，以及由此導致的自由基聚合過程失去控制的問題，使得聚合產物分子量分布變寬，分子量大小和分子結構也難以控制，有時在聚合過程中甚至會發生支化、交聯等反應。公開號為CN102430390A的中國專利，公開了一種改性納米纖維素吸附劑及其制備方法。制備過程中以無水吡啶為溶劑，對人類健康及環境會帶來危害。公開號為CN101058066的中國專利公開了一種纖維素吸附劑的制備方法，制備的纖維素吸附劑所用原料為蔗渣漿纖維素，來源豐富且價格低廉。但這種方法制備的纖維素基吸附劑結構及分子量均不可控，吸附劑的質地不均、性質也不穩定。原子轉移自由基聚合(ATRP)則可克服這些問題。ATRP是一種活性/可控的接枝改性方法，此方法合成的高分子聚合物具有結構可控、分子量分布較窄的特性。

蒙脫土是一種常見的具有片狀結構的無機粘土材料，主要成分是蒙脫石，天然蒙脫石具有較大比表面積和離子交換容量，常被用來做吸附重金屬離子和染料的吸附劑。如果將接枝結構可控的纖維素共聚物與蒙脫土插層復合用作吸附劑，不但可以大大增強材料的吸附容量，還可同時實現多種吸附功能，將為吸附劑開辟新的發展方向，但目前現有技術中尚未出現將結構可控纖維素接枝共聚物和蒙脫土等無機材料相結合的復合材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構可控纖維素接枝共聚物/蒙脫土納米復合材料及其制備方法。

本發明的技術構思是通過原子轉移自由基聚合反應與原位聚合插層反應相結合，使得纖維素側鏈結構可控，并實現共聚物與蒙脫土的插層，所制得的納米復合材料結構可控，蒙脫土以插層或剝離狀態分布，在廢水處理等方面具有很好的應用前景。

本發明所采用的技術方案為：在離子液體中通過均相酰化反應制備出纖維素大分子引發劑，在催化劑作用下引發原子轉移自由基聚合反應，同時發生單體原位聚合插層反應，得到結構可控的纖維素接枝共聚物/蒙脫土復合材料。

本發明具體方法如下：

將纖維素溶于離子液體制得重量百分含量為2%-30%的纖維素溶液，然后加入1-12倍摩爾比的酰化試劑在25-70℃下反應2-96?h，經洗滌干燥后制得纖維素大分子引發劑。將蒙脫土預先分散在單體中制成重量百分含量為1-10%的懸浮液，一定量纖維素大分子引發劑溶解后在氮氣保護下先后加入預先分散蒙脫土的單體溶液、配體、催化劑，在氮氣氣氛下密封，25-120℃油浴中進行原子轉移自由基聚合和原位聚合插層反應0.5-48?h，經過濾、洗滌、干燥后得到結構可控纖維素接枝共聚物/蒙脫土納米復合材料。

其中，纖維素大分子引發劑取代度為0.3-2.4，所述的大分子引發劑、催化劑、配體、可聚合單體的摩爾比為1:(1-4):?(1-8):?(50-600)。

所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯或是1-丁基-3-甲基咪唑氯。

所述酰化試劑為2-溴丙酰溴、2-溴異丁酰溴、2-氯乙酰氯、2-氯丙酰氯。

所述單體為丙烯酸酯、取代丙烯酸酯、功能化丙烯酸酯、丙烯酰胺、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基-吡咯烷酮、甲基丙烯酸縮水甘油酯。

所述配體為二聯吡啶、四甲基乙二胺、五甲基二乙烯基三胺。

所述催化劑為鹵代亞銅，氯化亞銅、溴化亞銅。

溶解纖維素大分子引發劑的溶劑為四氫呋喃、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、1-烯丙基3-甲基咪唑氯、1-丁基-3-甲基咪唑氯。

所述的結構可控纖維素接枝共聚物/蒙脫土納米復合材料，纖維素接枝共聚物含量70%-98%，纖維素接枝側鏈分子量分布在2.0以下。