一種天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的制備方法，屬于水凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用氫氧化鈉溶液浸泡削弱纖維間結(jié)合力，再利用蒸汽爆破處理，使麥稈纖維分解成單體纖維和纖維束，接著利用液氮迅速冷卻，使爆破分解后的纖維冰凍，經(jīng)球磨處理后，斷裂成納米級(jí)纖維，再利用納米級(jí)纖維表面的多羥基特性與磁化后的納米四氧化三鐵晶體產(chǎn)生化學(xué)鍵和物理吸附，經(jīng)超聲分散和冰凍處理后，得到均勻分布的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠，本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)46.6～47.8emu/g，且拉伸強(qiáng)度好，達(dá)到630～720kPa。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的制備方法，屬于水凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性水凝膠在磁場(chǎng)作用下可以表現(xiàn)出伸長(zhǎng)、收縮或彎曲等多種形變，但凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不會(huì)損壞，磁性凝膠以其獨(dú)特的柔韌性和滲透性在靶向藥物釋放、細(xì)胞分離與標(biāo)記、蛋白質(zhì)吸附和分離等方面有著廣泛的應(yīng)用。以天然高分子為原料合成的智能型水凝膠因良好的生物相容性和對(duì)外界刺激的敏感性，在化學(xué)轉(zhuǎn)換器、化學(xué)存儲(chǔ)器、記憶原件開(kāi)關(guān)、傳感器、人造肌肉、酶固定、組織工程、藥物釋放、分子分離體系方面都有著良好的應(yīng)用前景，與普通水凝膠相比，天然高分子水凝膠越來(lái)越受到研究人員的重視。
[0003]目前，磁性高分子水凝膠材料的合成方法可分為兩類(lèi)，其中最常用的是包埋法，SP將事先合成好的磁性顆粒通過(guò)物理共混的方法分散到高分子凝膠單體溶液中，然后通過(guò)高分子交聯(lián)反應(yīng)形成磁性水凝膠。另一種為原位合成法，即將制備好的高分子水凝膠材料浸泡于磁性材料前驅(qū)體溶液中，然后通過(guò)下一步化學(xué)反應(yīng)在水凝膠材料中原位形成無(wú)機(jī)磁性納米粒子，該方法雖對(duì)磁性分布不均勻的情況有所改善。但是這些人工合成的水凝膠的力學(xué)性能普遍比較差，易于破裂，導(dǎo)致其應(yīng)用主要局限于低水平負(fù)荷領(lǐng)域，不能達(dá)到所需要的機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)以高分子材料為原料人工合成的水凝膠力學(xué)性能普遍較差，易于破裂，不能達(dá)到所需要的機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)的問(wèn)題，提供了一種用氫氧化鈉溶液浸泡削弱纖維間結(jié)合力，再利用蒸汽爆破處理，使麥桿纖維分解成單體纖維和纖維束，接著利用液氮迅速冷卻，使爆破分解后的纖維冰凍，經(jīng)球磨處理后，斷裂成納米級(jí)纖維，再利用納米級(jí)纖維表面的多羥基特性與磁化后的納米四氧化三鐵晶體產(chǎn)生化學(xué)鍵和物理吸附，經(jīng)超聲分散和冰凍處理后，得到均勻分布的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的方法，本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)46.6?47.8emu/g，且拉伸強(qiáng)度好，不易于破
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[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)稱(chēng)取2.0?2.5kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)2?4cm，寬0.5?1.0cm的碎料，將所得碎料放入3?4L質(zhì)量濃度為6?8%Na0H溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以400?600r/min轉(zhuǎn)速攪拌3?5h后，過(guò)濾，得濾渣；
(2)將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為600?800r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.2?2.4MPa，保持壓力15?20min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中；
(3)將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理5?1min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為1:40?1:50，加入球磨珠，球磨處理30?40min后，收集球磨所得物料，備用；
(4)在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?3h，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料；
(5)將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以5?8mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至360?400°C，煅燒I?2h，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理30?40min;
(6)依次稱(chēng)取3?6g上述磁化后的黑色粉末與5?6g步驟(3)備用物料，加入盛有40?50mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理20?30min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏處理12?24h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍2?3h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。
[0006]本發(fā)明制備得到的復(fù)合磁性水凝膠的飽和磁性強(qiáng)度為46.6?47.8emu/g，拉伸強(qiáng)度為630?720kPa，斷裂生長(zhǎng)率可到650?820%，溶脹率為130?170。
[0007]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)46.6?47.8emu/g;
(2)本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠拉伸強(qiáng)度好，達(dá)到630?720kPa;
(3)本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，所需成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0008]首先稱(chēng)取2.0?2.5kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)2?4cm，寬0.5?1.0cm的碎料，將所得碎料放入3?4L質(zhì)量濃度為6?8%Na0H溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以400?600r/min轉(zhuǎn)速攪拌3?5h后，過(guò)濾，得濾渣;再將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為600?800r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.2?2.4MPa，保持壓力15?20min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中；接著將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理5?1min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為1:40?1:50，加入球磨珠，球磨處理30?40min后，收集球磨所得物料，備用；再在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?3h，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料;將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以5?8mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至360?400°C，煅燒I?2h，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理30?40min;最后依次稱(chēng)取3?6g上述磁化后的黑色粉末與5?6g備用物料，加入盛有40?50mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理20?30min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏處理12?24h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍2?3h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。
[0009]實(shí)例I 首先稱(chēng)取2.5kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)4cm，寬1.0cm的碎料，將所得碎料放入4L質(zhì)量濃度為8%NaOH溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以600r/min轉(zhuǎn)速攪拌5h后，過(guò)濾，得濾渣;再將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為800r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.4MPa，保持壓力20min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中；接著將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理1min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為I: 50，加入球磨珠，球磨處理40min后，收集球磨所得物料，備用;再在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入3gFeCl3，3gFeS04.7H20和200mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，以8mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為28%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料;將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以8mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至400°C，煅燒2h，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理40min;最后依次稱(chēng)取6g上述磁化后的黑色粉末與6g備用物料，加入盛有50mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理30min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-18°C下冷藏處理24h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍3h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)47.8emu/g，且拉伸強(qiáng)度好，達(dá)到630?720kPa。
[0010]實(shí)例2
首先稱(chēng)取2.0kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)2cm，寬0.5cm的碎料，將所得碎料放入3L質(zhì)量濃度為6%Na0H溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌3h后，過(guò)濾，得濾渣;再將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.2MPa，保持壓力15min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中；接著將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理5min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為I: 40，加入球磨珠，球磨處理30min后，收集球磨所得物料，備用;再在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入2gFeCl3，2gFeS04.7H20和180mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min，以5mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為25%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料;將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以5mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至360°C，煅燒lh，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理30min;最后依次稱(chēng)取3g上述磁化后的黑色粉末與5g備用物料，加入盛有40mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理20min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-20°C下冷藏處理12h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍2h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)46.9emu/g，且拉伸強(qiáng)度好，達(dá)到720kPa。
[0011]實(shí)例3
首先稱(chēng)取2.2kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)3cm，寬0.7cm的碎料，將所得碎料放入3L質(zhì)量濃度為7%Na0H溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以500r/min轉(zhuǎn)速攪拌4h后，過(guò)濾，得濾渣;再將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為700r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.3MPa，保持壓力17min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中；接著將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理7min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為I: 45，加入球磨珠，球磨處理35min后，收集球磨所得物料，備用;再在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入2gFeCl3，2gFeS04.7H20和190mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min，以6mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為27%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料;將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以6mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至370°C，煅燒lh，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理35min;最后依次稱(chēng)取5g上述磁化后的黑色粉末與5g備用物料，加入盛有45mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理25min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-19°C下冷藏處理20h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍3h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的天然纖維復(fù)合磁性水凝膠磁性強(qiáng)度高，可達(dá)47.3emu/g，且拉伸強(qiáng)度好，達(dá)到700kPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天然纖維復(fù)合磁性水凝膠的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱(chēng)取2.0?2.5kg麥桿，放入削片機(jī)中，進(jìn)行削片處理，篩選出長(zhǎng)2?4cm，寬0.5?1.0cm的碎料，將所得碎料放入3?4L質(zhì)量濃度為6?8%NaOH溶液中，啟動(dòng)攪拌器，以400?600r/min轉(zhuǎn)速攪拌3?5h后，過(guò)濾，得濾渣； (2)將上述所得濾渣加入密閉反應(yīng)釜中，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為600?800r/min，向反應(yīng)釜中通入飽和水蒸汽，直至反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到2.2?2.4MPa，保持壓力15?20min，打開(kāi)反應(yīng)釜底部閥門(mén)，使反應(yīng)釜內(nèi)物料噴入接收容器中； (3)將接受容器中的物料取出，用液氮冷凍處理5?1min后，迅速轉(zhuǎn)入球磨機(jī)，按球料比為1:40?1:50，加入球磨珠，球磨處理30?40min后，收集球磨所得物料，備用； (4)在帶攪拌器的三頸燒瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去離子水，啟動(dòng)攪拌器，設(shè)定攪拌轉(zhuǎn)速為300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圓底燒瓶中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)和攪拌狀態(tài)下，通過(guò)滴液漏斗滴加質(zhì)量濃度為25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全為止，繼續(xù)攪拌反應(yīng)I?3h，抽濾除去濾液，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌液呈中性為止，得濕料； (5)將上述所得濕料轉(zhuǎn)入管式電阻爐，以5?8mL/min的速率向管式電阻爐中通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，將管式電阻爐升溫至360?400°C，煅燒I?2h，得黑色粉末，再將其置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁化處理30?40min; (6)依次稱(chēng)取3?6g上述磁化后的黑色粉末與5?6g步驟(3)備用物料，加入盛有40?50mL去離子水的圓底燒瓶中，將圓底燒瓶移至超聲振蕩儀中，振蕩處理20?30min后，將所得混合物倒入玻璃管中，再將玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏處理12?24h，隨后將玻璃管取出，在室溫下解凍2?3h，即得天然纖維復(fù)合磁性水凝膠。
【文檔編號(hào)】C08J3/075GK105924655SQ201610477146
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】高大元, 薛培龍, 許博偉
【申請(qǐng)人】高大元