[發(fā)明專利]一種電場驅(qū)動制備水凝膠基復(fù)合材料的方法及裝置

在審

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• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111841468A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪楓;袁海彬;陳琳
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;B01J13/00
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達

本發(fā)明涉及一種電場驅(qū)動制備水凝膠基復(fù)合材料的方法及裝置，主要是利用電場力的作用使帶電微粒快速均勻地滲透進入水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部與之復(fù)合。與常規(guī)的浸漬吸附法相比，本發(fā)明具有顯著的優(yōu)勢，如耗時短、載量大、均勻性好、材料利用率高并且不會破壞各組份材料的理化結(jié)構(gòu)。更重要的是該方法具有普遍的適用性，可用于任何水凝膠材料與帶電荷微粒材料之間的復(fù)合，極具工業(yè)批量生產(chǎn)應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水凝膠領(lǐng)域，特別涉及一種電場驅(qū)動制備水凝膠基復(fù)合材料的方法及裝置。

背景技術(shù)

水凝膠是一類具有三維高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，關(guān)于這類的材料存在著多種不同的定義。一般來說，研究比較廣泛的水凝膠材料不僅要具有交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還具有一定的親水性，結(jié)構(gòu)中含有大量水分，在以水為分散介質(zhì)的環(huán)境中能夠發(fā)生溶脹現(xiàn)象。交聯(lián)機理包括物理糾纏、離子反應(yīng)、化學(xué)交聯(lián)等。許多天然的或合成的三維高分子在一定條件下都可形成水凝膠，如氧化纖維素、羧甲基纖維素、海藻酸、透明質(zhì)酸、膠原、聚谷氨酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇等。由于水凝膠具有許多獨特的理化性質(zhì)，其在諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如日用品、工業(yè)用品、農(nóng)業(yè)土建以及生物醫(yī)學(xué)等。然而，單一水凝膠在應(yīng)用時往往存在功能短缺或性能不足，因此常與其它功能材料進行復(fù)合來獲得更好的性能。由于水凝膠材料都具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，最常用的與其它材料進行復(fù)合方法就是浸漬吸附法，讓材料通過自由擴散的方式滲透進入水凝膠內(nèi)部與之復(fù)合。然而，浸漬吸附法在實際應(yīng)用中存在許多弊端，如耗時長、效率低、復(fù)合不均勻、處理體系溶液體積大等，這些限制了其在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電場驅(qū)動制備水凝膠基復(fù)合材料的方法及裝置，該方法能有效解決常規(guī)浸漬吸附法效率低、耗時長、穩(wěn)定性差以及復(fù)合不均勻等問題。

本發(fā)明提供了一種電場驅(qū)動制備水凝膠基復(fù)合材料的方法，包括：

先將水凝膠置于導(dǎo)電溶液中浸沒，然后將水凝膠裁剪成匹配尺寸放置在反應(yīng)槽中，再將導(dǎo)電溶液或帶電荷顆粒溶液注入反應(yīng)槽兩側(cè)的正極端空槽和負(fù)極端空槽中，蓋上蓋板，打開直流電源在電場驅(qū)動下制備得到水凝膠基復(fù)合材料。

所述水凝膠為親水性、水溶性或水溶脹性的天然高分子、合成高分子或天然高分子和合成高分子雜化通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物材料，或者為硅水凝膠、二氧化硅水凝膠等無機材料水凝膠，或者無機材料與有機材料摻雜的水凝膠。不包括由纖維組成的三維網(wǎng)絡(luò)材料。硅水凝膠(氟硅氧烷水凝膠)，是一種有機高分子材料，有親水性，具有雙位相材料構(gòu)架，即擁有氟硅和水凝膠兩種通道，常被用來制作高檔隱形眼鏡。

所述天然高分子包括多糖類(可溶淀粉、可溶纖維素、葡聚糖、海藻酸、透明質(zhì)酸、瓊脂、硫酸軟骨素、殼聚糖等)，多肽類(膠原、明膠、聚氨基酸、聚谷氨酸、聚賴氨酸、蛋白質(zhì)等)，DNA和RNA核酸類水凝膠；合成高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物的聚合物類(聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚N-聚代丙烯酰胺及它們的衍生物等)、硅膠、親水性有機玻璃。水凝膠的交聯(lián)方式包括化學(xué)和物理的。

所述導(dǎo)電溶液為小分子電解質(zhì)溶液、緩沖鹽溶液、PBS、生理鹽水、Tris-甘氨酸中的一種或幾種。

所述帶電荷顆粒可為任意有機的或無機的，有生命的或無生命的帶電荷顆粒，如聚電解質(zhì)、聚乙烯亞胺鹽酸鹽、聚乙烯吡啶、聚乙烯胺、殼聚糖或其衍生物、蛋白質(zhì)、膠原、明膠、多肽、聚氨基酸、核苷酸、DNA、RNA、羧酸-吡啶共聚體、羧甲基殼聚糖、透明質(zhì)酸、聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯硫酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、羧甲基纖維素鈉、肝素鈉、氧化鐵、微生物(細(xì)菌和酵母以及真菌)、動物細(xì)胞中的一種或幾種。所述帶電荷顆粒在電場力的作用下均勻擴散進入水凝膠內(nèi)部與之復(fù)合。

所述帶電荷顆粒根據(jù)帶電性注入與之相反的電極端空槽。

所述帶電荷顆粒為多種組分時，將帶相同電性的電荷顆粒混合注入與之相反的電極端空槽。