[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410800925.4
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104530294A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐世美;杜娟;封順
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: C08F220/06
• 分類號: C08F220/06;C08F220/56;C08F2/44;C08K3/36;C08K3/34;C08J3/075
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠及其制備方法。屬于有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水凝膠是一種輕度交聯(lián)的親水性功能高分子，可用于農(nóng)業(yè)園林，醫(yī)藥衛(wèi)生，人工組織、分離工程等領(lǐng)域。傳統(tǒng)水凝膠大多以丙烯酸、丙烯酰胺或其衍生物為原料，通過化學(xué)交聯(lián)聚合而得。由于機(jī)械性能較差，易發(fā)生碎裂，很大程度上限制了水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域。因此高強(qiáng)度水凝膠的設(shè)計合成一直是人們研究的熱點之一。近年來，多種具有良好力學(xué)性能的新型結(jié)構(gòu)水凝膠被設(shè)計開發(fā)出來，如拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)水凝膠、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠、納米復(fù)合水凝膠、以及大分子微球水凝膠等，這些都旨在通過對凝膠結(jié)構(gòu)的設(shè)計來分散凝膠在受力時產(chǎn)生的應(yīng)力集中，從而提高凝膠的力學(xué)性能。其中粘土或二氧化硅納米復(fù)合水凝膠由于其簡單的制備方法及優(yōu)良的力學(xué)性能引起了研究者的廣泛關(guān)注。其合成過程通常是在粘土或二氧化硅水分散液中進(jìn)行水溶性單體的原位自由基聚合而實現(xiàn)。然而當(dāng)粘土?(或二氧化硅)?用量較大時，由于粘土片層?(或二氧化硅顆粒)?間的較強(qiáng)相互作用，使其在最終形成水凝膠中的分散程度受到限制，易形成聚集，導(dǎo)致有機(jī)相和無機(jī)相間相容性差，從而凝膠強(qiáng)度的改善受到制約。

溶膠-凝膠法可在溫和的反應(yīng)條件下，合成相區(qū)尺寸接近分子水平的新型有機(jī)/無機(jī)硅納米復(fù)合材料。一些研究者嘗試將該方法用于二氧化硅納米復(fù)合水凝膠的合成，由于二氧化硅的納米尺度，凝膠的相容性和力學(xué)性能得到改善。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，結(jié)合溶膠-凝膠法與原位自由基共聚合法，同步法合成二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠，利用二氧化硅和無機(jī)粘土與聚合物的相互作用實現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，旨在提高凝膠的強(qiáng)度，擴(kuò)大水凝膠的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠及其制備方法，其特征在于：該方法工藝簡單，凝膠強(qiáng)度高，可滿足更多領(lǐng)域的需要。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制備方法是：將單體、二氧化硅前驅(qū)體加入質(zhì)量百分濃度為1%-15%的粘土水分散液中，常溫下攪拌至分散均勻；之后加入引發(fā)劑，攪拌至均勻；將上述混合液在20-90^oC下反應(yīng)5-48?h至納米復(fù)合水凝膠形成；粘土質(zhì)量為單體質(zhì)量的1%-30%；二氧化硅前驅(qū)體質(zhì)量為單體質(zhì)量的1%-50%，引發(fā)劑質(zhì)量占單體質(zhì)量的0.5%-2%。

所述粘土為鋰藻土、膨潤土、高嶺土、凹凸棒、云母、水滑石、蛭石、硅藻土中的一種。

所述二氧化硅前驅(qū)體為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、硅酸鈉、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一種或兩種。

所述單體為丙烯酸?(或其鹽)、甲基丙烯酸?(或其鹽)、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸?(或其鹽)?中的一種或兩種。

所述的引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、或過硫酸鉀-四甲基乙二胺中的一種。

本發(fā)明的原理是：通過溶膠-凝膠法和原位自由基共聚合法相結(jié)合的方法制備具有優(yōu)良力學(xué)性能的二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠。利用二氧化硅和無機(jī)粘土與聚合物的相互作用實現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

有益效果

(1)?本發(fā)明以二氧化硅前驅(qū)體和無機(jī)粘土同時作為交聯(lián)點，并通過溶膠-凝膠法和原位自由基共聚合法實現(xiàn)二氧化硅和粘土雙重納米復(fù)合水凝膠；

(2)?本發(fā)明的制備工藝簡單，制得的雙重納米復(fù)合水凝膠力學(xué)性能優(yōu)異。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)闡述。對實施例中得到的雙重納米復(fù)合水凝膠，采用Nie等Applied?Clay?Science,?2014,?97:?132-137文獻(xiàn)公開方法測定凝膠機(jī)械性能，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此處應(yīng)理解，在閱讀本發(fā)明授權(quán)的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本發(fā)明做各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實施例1