一种天然纤维复合磁性水凝胶的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种天然纤维复合磁性水凝胶的制备方法，属于水凝胶制备技术领域。本发明用氢氧化钠溶液浸泡削弱纤维间结合力，再利用蒸汽爆破处理，使麦秆纤维分解成单体纤维和纤维束，接着利用液氮迅速冷却，使爆破分解后的纤维冰冻，经球磨处理后，断裂成纳米级纤维，再利用纳米级纤维表面的多羟基特性与磁化后的纳米四氧化三铁晶体产生化学键和物理吸附，经超声分散和冰冻处理后，得到均匀分布的天然纤维复合磁性水凝胶，本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达46.6～47.8emu/g，且拉伸强度好，达到630～720kPa。
【专利说明】
一种天然纤维复合磁性水凝胶的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种天然纤维复合磁性水凝胶的制备方法，属于水凝胶制备技术领域。
【背景技术】
[0002]磁性水凝胶在磁场作用下可以表现出伸长、收缩或弯曲等多种形变，但凝胶的网络结构不会损坏，磁性凝胶以其独特的柔韧性和渗透性在靶向药物释放、细胞分离与标记、蛋白质吸附和分离等方面有着广泛的应用。以天然高分子为原料合成的智能型水凝胶因良好的生物相容性和对外界刺激的敏感性，在化学转换器、化学存储器、记忆原件开关、传感器、人造肌肉、酶固定、组织工程、药物释放、分子分离体系方面都有着良好的应用前景，与普通水凝胶相比，天然高分子水凝胶越来越受到研究人员的重视。
[0003]目前，磁性高分子水凝胶材料的合成方法可分为两类，其中最常用的是包埋法，SP将事先合成好的磁性颗粒通过物理共混的方法分散到高分子凝胶单体溶液中，然后通过高分子交联反应形成磁性水凝胶。另一种为原位合成法，即将制备好的高分子水凝胶材料浸泡于磁性材料前驱体溶液中，然后通过下一步化学反应在水凝胶材料中原位形成无机磁性纳米粒子，该方法虽对磁性分布不均匀的情况有所改善。但是这些人工合成的水凝胶的力学性能普遍比较差，易于破裂，导致其应用主要局限于低水平负荷领域，不能达到所需要的机械强度指标。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:针对以高分子材料为原料人工合成的水凝胶力学性能普遍较差，易于破裂，不能达到所需要的机械强度指标的问题，提供了一种用氢氧化钠溶液浸泡削弱纤维间结合力，再利用蒸汽爆破处理，使麦杆纤维分解成单体纤维和纤维束，接着利用液氮迅速冷却，使爆破分解后的纤维冰冻，经球磨处理后，断裂成纳米级纤维，再利用纳米级纤维表面的多羟基特性与磁化后的纳米四氧化三铁晶体产生化学键和物理吸附，经超声分散和冰冻处理后，得到均匀分布的天然纤维复合磁性水凝胶的方法，本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达46.6?47.8emu/g，且拉伸强度好，不易于破
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[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)称取2.0?2.5kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长2?4cm，宽0.5?1.0cm的碎料，将所得碎料放入3?4L质量浓度为6?8%Na0H溶液中，启动搅拌器，以400?600r/min转速搅拌3?5h后，过滤，得滤渣；
(2)将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为600?800r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.2?2.4MPa，保持压力15?20min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中；
(3)将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理5?1min后，迅速转入球磨机，按球料比为1:40?1:50，加入球磨珠，球磨处理30?40min后，收集球磨所得物料，备用；
(4)在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应I?3h，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料；
(5)将上述所得湿料转入管式电阻炉，以5?8mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至360?400°C，煅烧I?2h，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理30?40min;
(6)依次称取3?6g上述磁化后的黑色粉末与5?6g步骤(3)备用物料，加入盛有40?50mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理20?30min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏处理12?24h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻2?3h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。
[0006]本发明制备得到的复合磁性水凝胶的饱和磁性强度为46.6?47.8emu/g，拉伸强度为630?720kPa，断裂生长率可到650?820%，溶胀率为130?170。
[0007]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:
(1)本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达46.6?47.8emu/g;
(2)本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶拉伸强度好，达到630?720kPa;
(3)本发明制备步骤简单，所需成本低。
【具体实施方式】
[0008]首先称取2.0?2.5kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长2?4cm，宽0.5?1.0cm的碎料，将所得碎料放入3?4L质量浓度为6?8%Na0H溶液中，启动搅拌器，以400?600r/min转速搅拌3?5h后，过滤，得滤渣;再将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为600?800r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.2?2.4MPa，保持压力15?20min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中；接着将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理5?1min后，迅速转入球磨机，按球料比为1:40?1:50，加入球磨珠，球磨处理30?40min后，收集球磨所得物料，备用；再在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应I?3h，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料;将上述所得湿料转入管式电阻炉，以5?8mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至360?400°C，煅烧I?2h，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理30?40min;最后依次称取3?6g上述磁化后的黑色粉末与5?6g备用物料，加入盛有40?50mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理20?30min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏处理12?24h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻2?3h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。
[0009]实例I 首先称取2.5kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长4cm，宽1.0cm的碎料，将所得碎料放入4L质量浓度为8%NaOH溶液中，启动搅拌器，以600r/min转速搅拌5h后，过滤，得滤渣;再将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为800r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.4MPa，保持压力20min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中；接着将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理1min后，迅速转入球磨机，按球料比为I: 50，加入球磨珠，球磨处理40min后，收集球磨所得物料，备用;再在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入3gFeCl3，3gFeS04.7H20和200mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为600r/min，以8mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为28%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应3h，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料;将上述所得湿料转入管式电阻炉，以8mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至400°C，煅烧2h，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理40min;最后依次称取6g上述磁化后的黑色粉末与6g备用物料，加入盛有50mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理30min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-18°C下冷藏处理24h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻3h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。经检测，本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达47.8emu/g，且拉伸强度好，达到630?720kPa。
[0010]实例2
首先称取2.0kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长2cm，宽0.5cm的碎料，将所得碎料放入3L质量浓度为6%Na0H溶液中，启动搅拌器，以400r/min转速搅拌3h后，过滤，得滤渣;再将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为600r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.2MPa，保持压力15min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中；接着将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理5min后，迅速转入球磨机，按球料比为I: 40，加入球磨珠，球磨处理30min后，收集球磨所得物料，备用;再在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入2gFeCl3，2gFeS04.7H20和180mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为300r/min，以5mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为25%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应Ih，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料;将上述所得湿料转入管式电阻炉，以5mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至360°C，煅烧lh，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理30min;最后依次称取3g上述磁化后的黑色粉末与5g备用物料，加入盛有40mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理20min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-20°C下冷藏处理12h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻2h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。经检测，本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达46.9emu/g，且拉伸强度好，达到720kPa。
[0011]实例3
首先称取2.2kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长3cm，宽0.7cm的碎料，将所得碎料放入3L质量浓度为7%Na0H溶液中，启动搅拌器，以500r/min转速搅拌4h后，过滤，得滤渣;再将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为700r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.3MPa，保持压力17min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中；接着将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理7min后，迅速转入球磨机，按球料比为I: 45，加入球磨珠，球磨处理35min后，收集球磨所得物料，备用;再在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入2gFeCl3，2gFeS04.7H20和190mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为500r/min，以6mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为27%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应2h，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料;将上述所得湿料转入管式电阻炉，以6mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至370°C，煅烧lh，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理35min;最后依次称取5g上述磁化后的黑色粉末与5g备用物料，加入盛有45mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理25min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-19°C下冷藏处理20h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻3h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。经检测，本发明制备的天然纤维复合磁性水凝胶磁性强度高，可达47.3emu/g，且拉伸强度好，达到700kPa。
【主权项】
1.一种天然纤维复合磁性水凝胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)称取2.0?2.5kg麦杆，放入削片机中，进行削片处理，筛选出长2?4cm，宽0.5?1.0cm的碎料，将所得碎料放入3?4L质量浓度为6?8%NaOH溶液中，启动搅拌器，以400?600r/min转速搅拌3?5h后，过滤，得滤渣； (2)将上述所得滤渣加入密闭反应釜中，设定搅拌转速为600?800r/min，向反应釜中通入饱和水蒸汽，直至反应釜内压力达到2.2?2.4MPa，保持压力15?20min，打开反应釜底部阀门，使反应釜内物料喷入接收容器中； (3)将接受容器中的物料取出，用液氮冷冻处理5?1min后，迅速转入球磨机，按球料比为1:40?1:50，加入球磨珠，球磨处理30?40min后，收集球磨所得物料，备用； (4)在带搅拌器的三颈烧瓶中，依次加入2?3gFeCl3，2?3gFeS04.7H20和180?200mL去离子水，启动搅拌器，设定搅拌转速为300?600r/min，以5?8mL/min的速率向圆底烧瓶中通入氮气，在氮气保护和搅拌状态下，通过滴液漏斗滴加质量浓度为25?28%尿素水溶液，直至沉淀完全为止，继续搅拌反应I?3h，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤液呈中性为止，得湿料； (5)将上述所得湿料转入管式电阻炉，以5?8mL/min的速率向管式电阻炉中通入氮气，在氮气保护状态下，将管式电阻炉升温至360?400°C，煅烧I?2h，得黑色粉末，再将其置于强磁场中，磁化处理30?40min; (6)依次称取3?6g上述磁化后的黑色粉末与5?6g步骤(3)备用物料，加入盛有40?50mL去离子水的圆底烧瓶中，将圆底烧瓶移至超声振荡仪中，振荡处理20?30min后，将所得混合物倒入玻璃管中，再将玻璃管移至冰箱中，在-20?-18°C下冷藏处理12?24h，随后将玻璃管取出，在室温下解冻2?3h，即得天然纤维复合磁性水凝胶。
【文档编号】C08J3/075GK105924655SQ201610477146
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】高大元, 薛培龙, 许博伟
【申请人】高大元