[發明專利]一種煤基聚合物水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201711061017.8
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107814888B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 雒春輝;勉志鵬
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: C08F289/00
• 分類號: C08F289/00;C08F220/56;C08F220/06;C08H7/00
• 代理公司: 11429 北京中濟緯天專利代理有限公司
• 代理人: 李艷萍;丁建寶<國際申請>=<國際公布>

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種煤基聚合物水凝膠及其制備方法。本發明首先用堿溶酸沉法從低熱值煤炭中提取水溶性高分子，然后用NaOH溶液調節水溶性高分子水溶液的pH值，再用雙氧水對水溶性高分子進行化學改性，在煤炭上引入可引發聚合的過氧基團，再加入丙烯酰胺、丙烯酸、引發劑和金屬離子進行聚合，聚合之后，丙烯酸與金屬離子形成離子鍵，最后將所得水凝膠泡入有機溶劑與水的混合溶劑中，使水凝膠形成物理交聯點，進一步提高其強度，從而得到高強度煤基聚合物水凝膠。本發明使用低熱值煤為原料，其來源豐富、價格低廉、環境友好程度高，聚合過程中不使用化學交聯劑，所得水凝膠強度達到MPa級別，拓寬了水凝膠材料的應用領域。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種水凝膠材料，具體涉及一種煤基聚合物水凝膠及其制備方法。

背景技術

高分子材料也稱聚合物材料，其中除了聚合物作基本組份外，為了改善加工性能和使用性能，往往添加有多種助劑或添加劑。高分子水凝膠通常是指聚合物交聯形成的三維網絡結構吸收溶劑溶脹但不溶解所形成的一類介于液體與固體之間的物質。水凝膠作為一種備受關注的“軟材料”，因其網絡中通常含有大量的水，使其具有隨外界環境而改變自身形狀或狀態的特性，從而可吸附、脫吸附、透過物質，即具有載持、分離、緩釋物質的功能，所以在農林、園藝、日用品、食品、醫藥、化妝品、石油化工等行業具有廣闊的發展和應用前景。

傳統水凝膠是通過在水溶性單體中加入雙官能團交聯劑的方法合成。利用這種方法得到的水凝膠是單網絡水凝膠，交聯密度不均勻，較短的聚合物鏈在外界拉力較小時就會發生斷裂，強度較低；由于交聯劑化學鍵不可逆，使所得水凝膠不具備自愈合能力；而且，這種方法采用的水溶性單體大都屬于乙烯衍生物，原料來源受限，且原料本身不可降解，使用中會帶來環境污染問題。

近年來在水凝膠的制備研究中，越來越多的研究者開始采用來源豐富、成本較低、可生物降解的水溶性天然高分子材料，如海藻酸鈉、纖維素、殼聚糖、瓊脂等，這些材料在微生物作用下可以降解為對環境無害的小分子。而且，用天然高分子材料和聚丙烯酰胺(PAM)構筑雙網絡水凝膠，可提高強度，其效果尤為顯著。中國專利申請201610037390.9公開了一種海藻酸鈉-丙烯酰胺水凝膠，該復合水凝膠壓縮強度高達6.0 MPa。文獻（張俊朋,胡相明.煤礦防滅火殼聚糖溫敏水凝膠的制備及性能研究[J].中國安全科學學報,2015,25(1):85-90.）報道了一種殼聚糖水凝膠的制備方法，紅外光譜表明殼聚糖與丙烯酸、丙烯酰胺發生很好的聚合反應。但是，這些方法均是以丙烯酰胺為單體，在引發劑和化學交聯劑作用下與海藻酸鈉或其他天然高分子共聚得到復合水凝膠。

與海藻酸鈉類似，煤炭稠環側鏈含有大量羧基和羥基，這些基團為煤炭改性和功能化提供了位點。有研究者已經利用煤炭衍生物制備了吸水樹脂、油井水泥外加劑和污水處理劑。然而利用煤炭構筑高強度水凝膠報道不多。例如，中國專利申請200510090362.5以腐植酸、丙烯酰胺、丙烯酸以及工業淀粉為原料制備了保水劑，但在力學強度方面未作說明，通常，保水劑只能用于對力學性能要求不高的領域，如尿不濕、土壤治理等領域，并且該法是以腐植酸、丙烯酰胺、丙烯酸以及工業淀粉為原料在引發劑和化學交聯劑作用下接枝共聚得到復合水凝膠。中國專利201210148705.9將聚N-異丙基丙烯酰胺水溶液與無機鹽共混得到了一種煤炭助燃水凝膠，這種水凝膠脫硫率達85%，節標煤率14.6%等，起到節煤和減少污染物排放的綜合作用，但這種煤炭助燃水凝膠是采用共混的方法得到的。文獻（朱琳,李云飛, 黃麗娜,等. PAM/CMC/煤復合水凝膠的制備與溶脹性能研究[J]. 材料導報,2014, 28(4):000061-79.）報道了一種煤基水凝膠制備方法，主要是將煤粉與丙烯酰胺、引發劑、交聯劑、纖維素以及水混合均勻后聚合得到，但由于煤基以顆粒形式存在于水凝膠中，與聚合物的結合較弱，不具有顯著的力學強度，致使其應用領域受到極大限制。