一种新型高效除醛透明凝胶及其制备方法与流程

1.本发明属于空气治理的技术领域，具体涉及一种新型高效除醛透明凝胶及其制备方法。


背景技术：

2.随着人们物质生活水平的提高，人们都开始不断关注健康，尤其是跟居住和出行相关的空间环境，例如新房室内/新车车内空间污染。据资料显示，目前约70％的人体疾病与空间污染相关，而甲醛是诸多装饰材料的制备原料，更是重要的污染来源。甲醛的挥发长达十几年之久，如果长期居住在高污染的环境下，受害程度不言而喻，尤其免疫力较低的老人和小孩危害极大。
3.为解决甲醛对空间污染的难题，近年来大量的研究者不断研究探索，有从材料源头端控制，采用无醛技术路线生产，但制备工艺复杂，制造成本高。虽然醛类得到控制，但高昂的成本也让消费者望而却步，目前普及率仍然较低。
4.因此大家的经历主要聚焦在现有材料条件下的环境污染源的改善，尤其甲醛污染源。目前室内甲醛的清除采用物理吸附和化学反应两种，其中物理吸附，如碳包，碳布，碳颗粒等，前期虽然具有很强的吸附效果，但当吸附饱和后会有析出的现象，进而导致出现二次污染；化学反应分喷涂类和凝胶类，喷涂型采用喷枪等设备将液态的甲醛清除剂均匀喷涂在污染物表面，该方法具备快速性，但持久性差，无法解决持续释放的问题；凝胶型产品兼具反应不可逆性和持久性的特点，目前有两种技术路线，一种是二氧化氯挥发型凝胶，该方案通过释放二氧化氯与甲醛反应，来达到去除甲醛的目的。但二氧化氯浓度过高会带来刺鼻性气味，长期吸入高浓度二氧化氯会对人体呼吸系统造成不同程度的损伤；同时二氧化氯具有强氧化性，对金属具有腐蚀性，尤其对家装柜体门铰链和金属饰面板等金属件造成不可逆转的损伤；另一种是甲醛吸入型凝胶，该方案在常压下将甲醛吸入凝胶表面，通过反应消除甲醛形成浓度差，使甲醛从高浓度向低浓度转移，从而达到降低甲醛浓度的作用。目前市面上的除甲醛凝胶随着放置时间，会逐步变小变干瘪，且使用期不超过六个月，如专利cn101810874b提及一种缓释二氧化氯凝胶，可以以一定的速度稳定释放二氧化氯达3-6个月；以及目前市场上可获得的用于去除甲醛的水凝胶产品具有聚合物链的水凝胶网络，其含有超过90％的水，这限制了甲醛的吸附。
5.因此，针对行业遇到的问题点，开发一款具备主动吸入功能，含水量低，可快速高效反应除醛，使用期长，且无扩散性二次危害的相关产品迫在眉睫。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种新型高效除醛透明凝胶，旨在解决现有除醛凝胶吸附效果不佳的问题。本发明还提供了该高效除醛透明凝胶的制备方法。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.第一方面：一种新型高效除醛透明凝胶，以重量份计，其包括如下组分：氨基酸及其衍生物10-55份，交联长链大分子0.5-10份，酸性氢键供体0.1-5份，去离子水50-90份，缓释精油0.01-0.1份。
9.优选地，其中所述氨基酸及其衍生物为谷氨酸，天冬氨酸，赖氨酸，a-n-苄氧羰基-d-赖氨酸，n-甲基-l-天冬氨酸，3-羟基-3-甲基谷氨酸，n-乙酰-d-谷氨酸，精氨酸中的一种或任意两种以上的混合物。
10.优选地，其中所述交联长链大分子为海藻酸钠，水溶性壳聚糖，羟甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或任意两种以上的混合物。
11.优选地，其中所述酸性氢键供体为磷酸，硼酸，盐酸，硝酸，醋酸中的一种或任意两种以上的混合物。
12.优选地，其中所述去离子水的电导率≤25μs/cm。
13.优选地，其中所述缓释精油为环糊精或麦芽糊精包裹的茶多酚，桂花香精，薄荷香精中的一种或任意两种以上的混合物。
14.第二方面，一种根据上述新型高效除醛透明凝胶的制备方法，包括如下步骤：
15.1)根据配方要求，将氨基酸及其衍生物和交联长链大分子加入去离子水中，采用超声震荡和机械搅拌复合的分散方式将物料溶解并混合均匀，制备得溶液a；
16.2)在搅拌条件下，向溶液a中滴加酸性氢键供体混合均匀，即得预反应液b；
17.3)将预反应液b进行加温蒸煮，当温度升至110℃后，维持110-115℃的温度持续反应55-65min，制得凝胶中间体c；
18.4)将凝胶中间体c转移至反应釜中，在120
±
1℃的温度下真空脱水175-185min后，降温直至100-110℃时加入缓释精油后混合均匀，即得除醛透明凝胶。
19.优选地，其中步骤4)中所述的真空脱水中，真空度为≤-0.090mpa。
20.优选地，其中所述超声震荡的功率为50-500w，所述机械搅拌的转速为200-500rpm。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
22.本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，以氨基酸及其衍生物为基础，交联长链大分子为骨架，利用氢键交联原理，引入酸性氢键供体，同时采用去离子水为工艺载体，制得常温透明无流动的凝胶体；制备所得的新型高效除醛透明凝胶，具有比普通除醛凝胶更长的使用期，同时具备快速高效反应除醛，吸入后凝胶体增重明显，对人体和环境安全友好，拓展了该除醛凝胶的应用领域。
具体实施方式
23.下面结合具体的实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
24.当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
25.除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
26.本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
27.一种新型高效除醛透明凝胶，以重量份计，其包括如下组分：氨基酸及其衍生物10-55份，交联长链大分子0.5-10份，酸性氢键供体0.1-5份，去离子水50-90份，缓释精油0.01-0.1份。
28.本技术中的新型除醛透明凝胶中氨基酸及其衍生物的重量份为10-55，进一步的为重量份15-40；本技术中的氨基酸及其衍生物为谷氨酸，天冬氨酸，赖氨酸，a-n-苄氧羰基-d-赖氨酸，n-甲基-l-天冬氨酸，3-羟基-3-甲基谷氨酸，n-乙酰-d-谷氨酸，精氨酸中的一种或任意两种以上的混合物，当氨基酸及其衍生物的重量份大于55时，该除醛透明凝胶的强度不佳；当氨基酸及其衍生物的重量份小于10份时，该除醛透明凝胶的持效性不佳。
29.本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，为了使凝胶具备不流动的凝胶强度，本技术中的新型除醛透明凝胶限定交联长链大分子的重量份为0.5-10，进一步的包括0.8-8重量份的交联长链大分子；具体的，本技术中的交联长链大分子为海藻酸钠，水溶性壳聚糖，羟甲基纤维素，聚乙烯醇中的一种或任意两种以上的混合物。当交联长链大分子的重量份大于10时，该除醛透明凝胶的除醛持效性不佳；当交联长链大分子的重量份小于0.5份时，该除醛透明凝胶的强度不佳。
30.本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，为了使凝胶具备透明特性，本技术中的新型除醛透明凝胶中酸性氢键供体的重量份为0.1-5份；具体的，本技术中的酸性氢键供体为磷酸、硼酸、盐酸、硝酸或醋酸中的一种或任意两种以上的混合物。当酸性氢键供体的重量份大于5时，会影响该除醛透明凝胶的反应效率；当酸性氢键供体的重量份小于0.1份时，会影响该除醛透明凝胶的透明性。
31.本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，含有50-90重量份的去离子水，进一步地，本技术中去离子水的电导率≤25μs/cm，进一步的去离子水的电导率为20-25μs/cm，其在本技术中的作用为工艺载体。本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，为了确保凝胶持效味型，本技术中的新型除醛透明凝胶含有缓释精油的重量份为0.01-0.1份；具体的，本技术中的缓释精油为环糊精或麦芽糊精包裹的茶多酚，桂花香精，薄荷香精中的一种或任意两种以上的混合物。
32.一种新型高效除醛透明凝胶的制备方法，包括如下步骤：
33.1)根据配方要求，将氨基酸及其衍生物和交联长链大分子加入去离子水中，采用超声震荡和机械搅拌复合的分散方式将物料溶解并混合均匀，制备得溶液a；
34.2)在搅拌条件下，向溶液a中滴加酸性氢键供体混合均匀，即得预反应液b；
35.3)将预反应液b进行加温蒸煮，当温度升至110℃后，维持110-115℃的温度持续反应55-65min，制得凝胶中间体c；
36.4)将凝胶中间体c转移至反应釜中，在120
±
1℃的温度下真空脱水175-185min后，降温直至100-110℃时加入缓释精油后混合均匀，即得除醛透明凝胶。
37.实施例1
38.称取电导率为20μs/cm的去离子水60g，将海藻酸钠2.1g、n-乙酰-d-谷氨酸24.2g和赖氨酸15g依次加入去离子水中，在200rpm的转速下搅拌，同时打开超声棒，功率为100w，即在机械搅拌和超声震荡下将海藻酸钠、n-乙酰-d-谷氨酸和赖氨酸溶解并混合均匀，制得
溶液a；
39.在200rpm的转速下，将0.8g硼酸滴加入溶液a中，混合均匀后制得预反应液b；
40.将预反应液b进行加温蒸煮，当温度升至110℃后，维持110-115℃的温度持续反应55min，制得凝胶中间体c；
41.将凝胶中间体c转移到反应釜中，在油浴温度为120
±
1℃，真空度≤-0.090mpa下脱水185min，然后解除真空状态，降温至110℃时加入0.03g的缓释精油，搅拌混合均匀，即得除醛透明凝胶。
42.实施例2
43.称取电导率为23μs/cm的去离子水251g，将水溶性壳聚糖9.2g、天冬氨酸83.2g和a-n-苄氧羰基-d-赖氨酸56.5g依次加入去离子水中，在200rpm的转速下搅拌，同时打开超声棒，功率为300w，即在机械搅拌和超声震荡下将壳聚糖、天冬氨酸和a-n-苄氧羰基-d-赖氨酸溶解并混合均匀，制得溶液a；
44.在500rpm的转速下，将2.7g盐酸滴加入溶液a中，混合均匀后制得预反应液b；
45.将预反应液b进行加温蒸煮，当温度升至110℃后，维持110-115℃的温度持续反应60min，制得凝胶中间体c；
46.将凝胶中间体c转移到反应釜中，在油浴温度为120
±
1℃，真空度≤-0.090mpa下脱水180min，然后解除真空状态，降温至105℃时加入麦芽糊精包裹桂花香精的缓释精油0.14g，搅拌混合均匀，即得除醛透明凝胶。
47.实施例3
48.称取电导率为25μs/cm的去离子水535g，将羟甲基纤维素16.2g、n-甲基-l-天冬氨酸68.7g、赖氨酸122.9g和精氨酸33.4g依次加入去离子水中，在500rpm的转速下搅拌，同时打开超声棒，功率为500w，即在机械搅拌和超声震荡下将羟甲基纤维素、n-甲基-l-天冬氨酸、赖氨酸和精氨酸溶解并混合均匀，制得溶液a；
49.在500rpm的转速下，将2.2g磷酸和1.1g硝酸滴加入溶液a中，混合均匀后制得预反应液b；
50.将预反应液b进行加温蒸煮，当温度升至110℃后，维持110-115℃的温度持续反应65min，制得凝胶中间体c；
51.将凝胶中间体c转移到反应釜中，在油浴温度为120
±
1℃，真空度≤-0.090mpa下脱水175min，然后解除真空状态，降温至100℃时加入环糊精包裹薄荷香精的缓释精油0.25g，搅拌混合均匀，即得除醛透明凝胶。
52.性能测试：
53.1)除醛率测试
54.将上述实施例1-3制备所得的新型除醛透明凝胶敞开放置于室温环境中，分别将放置于室温环境中的不同时间点的除醛透明凝胶，放入三个相同的密闭空间中，同时引入一组空白组(不放置除醛透明凝胶)，上述四个密闭空间中的甲醛含量、放置时间均相同；然后根据《qb/t 2761-2006室内空气净化产品净化效果测试方法》标准进行测试；将放置于室温环境中的不同时间点的除醛透明凝胶放置于密闭空间中吸附24h后的甲醛含量，具体数据如表1所示：
55.表1透明凝胶在不同时间段静置24h后的甲醛含量
[0056][0057]
根据甲醛去除率的计算方法：甲醛去除率＝(d0-d1)/d0
×
100％，阶段性甲醛去除率数据如表2所示：
[0058]
表2透明凝胶在不同时间段的除醛率
[0059][0060]
根据表2可知，本技术所提供的新型高效除醛透明凝胶在一年使用期后仍然能够保持90％以上的除醛率，具有较高的除醛效果，且除醛持续周期长。
[0061]
(2)吸附能力
[0062]
将实施例1-3制备所得的新型高效除醛透明凝胶，以及将挥发性二氧化氯缓释凝胶作为对照组，敞开放置于室温的环境中，测试其重量变化，具体如表3所示：
[0063]
表3透明凝胶在不同时间段的重量变化
[0064][0065][0066]
根据凝胶体增重率计算：增重率＝(k1-k0)/k0
×
100％，阶段性增重率如表4所示：
[0067]
表4透明凝胶在不同时间段的增重率
[0068][0069]
根据表4可知，本技术所提供的新型高效除醛透明凝胶，其在一年使用期后的增重
率达到28％以上，这表明该除醛透明凝胶具有很好的吸附性能；而对照组(挥发性二氧化氯缓释凝胶)则重量随着时间的推移不断降低，且6个月后基本干瘪不能再使用。
[0070]
本发明所提供的新型高效除醛透明凝胶，使用时，无需额外添加其它组分物，操作简单，长效除醛，具体为：将外包装膜拆除，旋开外盖并取下垫片，漏出通气孔；撕去铝塑膜，盖上无垫片外盖，平放即可。
[0071]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。