一种基于改性环糊精聚合物的气凝胶制备方法

：本发明涉及凝胶材料技术，特别涉及一种基于改性环糊精聚合物的气凝胶制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、气凝胶是由气体取代凝胶中的液体而形成的固体材料，由于其高孔隙率，高比表面积和低密度，使气凝胶在各种应用中非常有吸引力，如隔音隔热、吸附或者催化剂载体等。

2、目前气凝胶的制备工艺较多，常见的制备工艺如溶胶―凝胶法、环氧化物法和水热法等，并结合适当的干燥技术，将凝胶网格中的溶剂替换成空气，制备出气凝胶材料，气凝胶材料依据不同的底物会有不同的特性。

3、溶胶―凝胶法是通过溶胶的形成和凝胶的固化来得到气凝胶，虽然目前已成为领域内普遍采用的方法，但这种方法的不足在于：对原料配伍要求高、通常整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周、凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，产生收缩现象。

4、环氧化物法虽然制备范围较广，但依然存在气凝胶产物密度较高、易于收缩、难以成型等缺点，且工艺相对复杂，成本也较高。

5、水热合成法产物纯度高，分散性好、粒度易控制，但是水热法适用范围很窄，基本只适用于氧化物或少数对水不敏感的硫化物的制备。此外，水热合成所需的高温、高压反应设备较为复杂，需要耐高温、耐高压的材料和设备，因此其成本相对较高。控制反应条件较为复杂，反应时间、温度和压力等参数的影响相对较大。

6、目前气凝胶制备方法普遍存在制备周期长、工艺或反应条件复杂、成本高，且产品易收缩不易成型的缺点。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明公开一种基于改性环糊精聚合物的气凝胶制备方法。

2、本发明所述气凝胶制备方法具体包括以下步骤：

3、1)将环糊精溶于有机溶剂，之后依次加入缚酸剂和烯烃化合物进行改性反应，反应后去除溶液中的沉淀，将除沉淀后剩余的滤液用丙酮清洗，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精；

4、2)将所述改性环糊精与光引发剂混合后再加入发泡剂进行发泡，得到泡沫产物；

5、3)将所述泡沫产物置于避光环境中，用波长300～370nm的紫外光照射至泡沫产物固化，即得到气凝胶产品。

6、进一步地，所述步骤1)中，烯烃化合物为如下化合物中的任意一类：丙烯酸衍生物、丙烯酰胺类、乙烯基吡啶类或马来酸酐；所述烯烃化合物与环糊精的添加比例按摩尔比为5～25:1。

7、进一步地，所述步骤2)中，光引发剂为二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和1-羟基环己基苯甲酮中的任意一种或几种的混合物；改性环糊精和光引发剂的混合比例按摩尔比为2～6:1。

8、进一步地，所述步骤1)中，有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇和吡啶中的任意一种；所述缚酸剂为n,n-二异丙基乙胺、三乙胺、吡啶等中的任意一种；有机溶剂与环糊精的质量比为：4～15:1。

9、进一步地，所述步骤1)中，当烯烃化合物为丙烯酸衍生物或丙烯酰胺类时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂，之后缓慢加入所述烯烃化合物，在0～5℃下搅拌反应30min，再于室温下反应30min，反应后静置沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

10、进一步地，所述步骤1)中，当烯烃化合物为乙烯基吡啶类时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂，之后缓慢加入所述烯烃化合物，在-2～0℃冰水浴中搅拌反应10h，再于室温下反应10h，反应后静置沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

11、进一步地，所述步骤1)中，当烯烃化合物为马来酸酐时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂；之后先将马来酸酐溶解于少量相同的有机溶剂中，再一并缓慢加入已溶解有环糊精和缚酸剂的有机溶剂中；将体系于80℃下剧烈搅拌反应9h，反应后加入无水乙醇进行沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

12、进一步地，所述步骤2)中的发泡剂为十二烷基硫酸钠、甜菜碱和动植物蛋白发泡剂中的任意一种或几种的混合物。

13、进一步地，所述步骤1)中，有机溶剂中加入的环糊精为α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的任意一种；所述环糊精在改性反应之前先经过重结晶处理。

14、进一步地，所述步骤1)中环糊精的改性反应是在氮气保护环境下进行。

15、本发明通过对环糊精进行改性，并对其溶液进行发泡，随后在光引发剂作用下进行紫外光照射固化，制备获得的气凝胶具有密度更低、孔隙率和比表面积更高，且微孔不易塌陷的优点；本发明制备的气凝胶兼具优异的吸附性能，可用于对甲醛等有害气体的吸附、过滤。在制备工艺上，本发明亦具有工艺简单、制备周期短且成本较低的优点。

技术特征：

1.一种基于改性环糊精聚合物的气凝胶制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，烯烃化合物为：丙烯酸衍生物、丙烯酰胺类、乙烯基吡啶类或马来酸酐；所述烯烃化合物与环糊精的添加比例按摩尔比为5～25:1。

3.根据权利要求2所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，光引发剂为二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦和1-羟基环己基苯甲酮中的任意一种或几种的混合物；改性环糊精和光引发剂的混合比例按摩尔比为2～6:1。

4.根据权利要求3所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇和吡啶中的任意一种；所述缚酸剂为n,n-二异丙基乙胺、三乙胺、吡啶等中的任意一种；有机溶剂与环糊精的质量比为：4～15:1。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，当所述烯烃化合物为丙烯酸衍生物或丙烯酰胺类时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂，之后缓慢加入所述烯烃化合物，在0～5℃下搅拌反应30min，再于室温下反应30min，反应后静置沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

6.根据权利要求2～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：当所述烯烃化合物为乙烯基吡啶类时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂，之后缓慢加入所述烯烃化合物，在-2～0℃冰水浴中搅拌反应10h，再于室温下反应10h，反应后静置沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

7.根据权利要求2～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：当所述烯烃化合物为马来酸酐时，改性反应以如下方式进行：将环糊精溶于有机溶剂，再加入适量缚酸剂；之后先将马来酸酐溶解于少量相同的有机溶剂中，再一并缓慢加入已溶解有环糊精和缚酸剂的有机溶剂中；将体系于80℃下剧烈搅拌反应9h，反应后加入无水乙醇进行沉淀，抽滤除去沉淀后用丙酮清洗滤液，将清洗出的物质进行真空干燥后得到改性环糊精。

8.根据权利要求1～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的发泡剂为十二烷基硫酸钠、甜菜碱和动植物蛋白发泡剂中的任意一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤1)中：有机溶剂中加入的环糊精为α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精中的任意一种；所述环糊精在改性反应之前先经过重结晶处理。

10.根据权利要求1～4中任意一项所述的气凝胶制备方法，其特征在于：所述步骤1)中环糊精的改性反应是在氮气保护环境下进行。

技术总结
本发明公开了一种基于改性环糊精聚合物的气凝胶制备方法，具体为：将环糊精溶于有机溶剂，在加入缚酸剂和烯烃化合物进行改性反应，得到改性环糊精；之后将所述改性环糊精与光引发剂混合后并加入发泡剂进行发泡，得到泡沫产物；将泡沫产物置于避光环境中，用紫外光照射至泡沫产物固化，得到气凝胶产品。本发明制备获得的气凝胶具有密度更低、孔隙率和比表面积更高，且微孔不易塌陷的优点；本发明制备的气凝胶兼具优异的吸附性能，可用于对甲醛等有害气体的吸附、过滤。在制备工艺上，本发明亦具有工艺简单、制备周期短且成本较低的优点。

技术研发人员：刘泽华,贺靖一,王雨潇
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8