[發(fā)明專利]一種基于雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備氣凝膠的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810037099.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108192153A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鴻;孟馳涵;鄒新全;周煒東;李會(huì)濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué);大連金祥易新材料有限公司
• 主分類號(hào): C08L5/04
• 分類號(hào): C08L5/04;C08L33/26;C08J9/28;C08J3/075;C08F220/56;C08F222/38;D01F8/18;D01F8/10;C08L63/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的氣凝膠的制備方法。本發(fā)明通過(guò)自由基聚合采用一步或兩步法加入海藻酸鈉，形成聚丙烯酰胺化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互穿海藻酸鈉結(jié)構(gòu)的凝膠溶液，然后將凝膠擠入到凝固浴中，成形微球或纖維等形態(tài)，同時(shí)通過(guò)離子交換生成海藻酸鈣離子交聯(lián)，最終生成化學(xué)交聯(lián)和離子交聯(lián)互鎖的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠。經(jīng)水洗、冷凍干燥，最后得到氣凝膠。氣凝膠呈現(xiàn)出具有大孔嵌套介孔和微孔的微觀多層次孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用海藻酸鈉與丙烯酰胺制得復(fù)合氣凝膠，不僅擴(kuò)展了氣凝膠材料在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，而且與其他氣凝膠材料相比，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、生物相容性和降解性良好等突出特點(diǎn)，不僅可以加工成微球、塊狀，而且可直接制得纖維形態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，尤其涉及一種海藻酸鈉與丙烯酰胺復(fù)合氣凝膠的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氣凝膠是納米多孔材料。由于其導(dǎo)熱性低，密度低，孔隙率高，比表面積大等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于吸附劑，絕緣材料和其他領(lǐng)域。基于聚合物的氣凝膠可以設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu)，并且比其它氣凝膠更有優(yōu)勢(shì)，例如二氧化硅氣凝膠，碳納米管氣凝膠，間苯二酚甲醛氣凝膠和藻類等生物聚合物氣凝膠的來(lái)源廣泛，可再生性好，成本低，無(wú)毒，因此，他們?cè)絹?lái)越受到重視。

聚合物氣凝膠則利用化學(xué)或物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)制備，可通過(guò)多級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控，產(chǎn)生可能更廣泛的屬性；生物質(zhì)氣凝膠因其來(lái)源廣泛，可再生，成本低，無(wú)毒性，顯現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用前景。

海藻酸鈉是從海藻中提取的一種天然高聚物，來(lái)源廣泛，成本較低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。然而以海藻酸鈉為原料制備的纖維缺乏強(qiáng)度和彈性，機(jī)械性能差，冷凍干燥后，纖維趨于塌陷，孔結(jié)構(gòu)不易保留。為了控制凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，提高纖維前體的可紡性，減少干燥時(shí)的體積收縮，雙網(wǎng)絡(luò)互鎖結(jié)構(gòu)得以提出，能兼具兩種物質(zhì)的性能，性能優(yōu)異，更為多個(gè)領(lǐng)域的突破帶來(lái)希望。常規(guī)下制造的海藻酸鈉氣凝膠力學(xué)強(qiáng)度達(dá)不到吸附和隔熱方面的應(yīng)用要求，而其它傳統(tǒng)氣凝膠目前仍存在強(qiáng)度低、彈性差、存在有害物質(zhì)制作成本高、有粉塵釋放的缺陷和易導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)破壞等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種海藻酸鈉與丙烯酰胺復(fù)合氣凝膠的制備方法，該方法可使海藻酸鈉與聚丙烯酰胺形成雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了以海藻酸鈉為原料制備的纖維缺乏強(qiáng)度和彈性，機(jī)械性能差，冷凍干燥后，纖維趨于塌陷，孔結(jié)構(gòu)不易保留環(huán)保的問(wèn)題。本發(fā)明不僅擴(kuò)大海藻酸應(yīng)用，發(fā)展天然高分子，而且促進(jìn)了海藻酸從海洋生物中的生產(chǎn)提取，推動(dòng)了我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

一種基于雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備氣凝膠的方法，包括如下步驟：

(1)制備凝膠溶液：可分為一步法或兩步法：

海藻酸鈉的質(zhì)量濃度為2％～5％，丙烯酰胺或其衍生物單體占海藻酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～75％，交聯(lián)劑和引發(fā)劑分別占丙烯酰胺或其衍生物單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2～6％和4～12％；

一步法：將海藻酸鈉、丙烯酰胺或其衍生物單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑溶于去離子水中，密封條件下在50～70℃勻速攪拌3h；

兩步法：先將丙烯酰胺或其衍生物單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑溶于去離子水中，密封條件下在50～70℃勻速攪拌0.5h，再向其加入海藻酸鈉，繼續(xù)勻速攪拌2.5h；

將上述得到的溶液進(jìn)行冷藏、靜置和脫泡，以作為凝膠溶液；

(2)將步驟(1)得到的凝膠溶液擠入到質(zhì)量濃度為2～5％CaCl₂或CuSO₄溶液的凝固浴中，其中噴孔孔徑為1.2～1.9mm、凝固時(shí)間為5～15min，凝固后經(jīng)去離子水洗凈后，放在去離子水中以保持纖維狀或球狀水凝膠的膨脹狀態(tài)；

所述纖維狀水凝膠則在凝固浴中從噴孔中擠出，擠出速率為7～9mm/min；

所述球狀水凝膠則在噴孔與凝固浴高度為15～20cm處從噴孔中擠出并落入凝固浴中，擠出速率為3～6mm/min；