CN101724179B - 壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法 - Google Patents
壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，是在微波辐射条件下，将壳聚糖季铵盐水溶液滴加到蒙脱土悬浮液中，在剪切力作用下，壳聚糖季铵盐分子链插层进入蒙脱土层间而生成。本发明采用的微波辐射制备方法在2h内就能获得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料，比用时24～96h的传统加热法在时间上缩短了12～48倍，从而提高了反应效率，且其符合“绿色化”和“环保化”的生产工艺，为壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的进一步工业化提供可行性。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，属纳米技术领域。
背景技术
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料制备的基本过程是将有机单体或聚合物插入到黏土的片层中间，层状黏土为主体，有机单体或高聚物为客体，利用热力学或化学作用破坏硅酸盐的片状叠层结构，进而将其片层结构基本单元撑开或剥离，并均匀分散在聚合物基体中，实现聚合物和硅酸盐片层在纳米尺度的复合，从而制得纳米复合材料。插层复合法包括原位聚合法、溶液插层法、乳液插层法和熔融插层法。由于壳聚糖是天然高分子，不耐高温，因此溶液插层法成为制备壳聚糖基层状硅酸盐纳米复合材料的最佳方法，以往都是在传统的水浴或油浴加热中进行溶液插层，其加热时间一般为24～96h，反应时间长，能源耗费大，从而限制了其工业化。
近年来发展迅速的微波辐射方法可大大加快反应速率，缩短反应时间，从而引起了科学家的广泛关注。但是还未见其用于制备壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的报道。
发明内容
为在较短时间内获得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料，本发明提供了具有快速、简便、高效等优点的壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，采用该方法在2h内就能获得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料，比用时24～96h的传统加热法在时间上缩短了12～48倍，从而提高了反应效率，为壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的进一步工业化提供可行性。本发明所采用的技术方案为：
壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，该方法在微波辐射条件下，将壳聚糖季铵盐水溶液到蒙脱土悬浮液中，反应10～30min后，再次加入壳聚糖季铵盐水溶液并进行搅拌，壳聚糖季铵盐分子链插层进入蒙脱土层间生成所述复合材料，复合材料中壳聚糖季铵盐占总重量百分比为33.3～80％、蒙脱土占总重量百分比为20～66.7％。
上述制备方法中，所用壳聚糖季铵盐的重均分子量为1.1×105～1.5×105，取代度为75～95％。所用的蒙脱土为未改性的天然钠基蒙脱土。
上述制备方法中，具体包括如下步骤：将蒙脱土制成1～2g/ml的水悬浮液，溶胀18～36h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为400～700w，温度为70～80℃，先将浓度为0.1～0.25g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应10～30min，这样做的目的是先将壳聚糖季铵盐稀溶液与蒙脱土反应，使蒙脱土层间微环境的极性发生变化，从亲水性变为亲油性，表面能降低，更有利于后面再次加入的壳聚糖季铵盐浓溶液插层而形成纳米复合材料；再将0.5～1g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌1～1.5h，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
本发明制得的壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料耦合了有机和无机材料的优势，具有比单一物质更好的抗菌和药物控释性能等，具有广泛的应用前景。传统的加热插层方法制备该材料需要24～96h，不利于其工业化。本发明提供的壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射插层方法不需要对蒙脱土进行改性，能在2h内获得与传统加热法效果相似的纳米复合材料，比用时24～96h的传统加热法在时间上缩短了12～48倍，具有快速高效、无污染、可操作性强的优点。有利于壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的工业化。
具体实施方式
实施例1：将0.05g蒙脱土制成1g/ml的水悬浮液，溶胀18h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为700w，温度为70℃，将0.0125g浓度为0.1g/ml壳聚糖季铵盐(重均分子量为1.5×105，取代度为75％)水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应30min后，再将0.0125g 0.5g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌(700转/分)1.25h，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料。该复合材料的各组分所占总重量百分比分别为壳聚糖季铵盐33.3％、蒙脱土66.7％。材料中蒙脱土的层间距为2.12nm，而传统加热法制备得到的材料其蒙脱土层间距为1.93nm。
实施例2：将0.05g蒙脱土制成1.5g/ml的水悬浮液，溶胀24h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为600w，温度为75℃，将0.0125g浓度为0.15g/ml壳聚糖季铵盐(重均分子量为1.3×105，取代度为85％)水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应20min后，再将0.0375g0.5g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌1h(600转/分)，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料。该复合材料的各组分所占总重量百分比分别为壳聚糖季铵盐50％、蒙脱土50％。材料中蒙脱土的层间距为2.23nm，而传统加热法制备得到的材料其蒙脱土层间距为1.93nm。
实施例3：将0.05g蒙脱土制成1.5g/ml的水悬浮液，溶胀36h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为500w，温度为75℃，将0.025g浓度为0.2g/ml壳聚糖季铵盐(重均分子量为1.1×105，取代度为95％)水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应15min后，再将0.075g0.75g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌1.5h(1000转/分)，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料。该复合材料的各组分所占总重量百分比分别为壳聚糖季铵盐66.7％、蒙脱土33.3％。材料中蒙脱土的层间距为2.25nm，而传统加热法制备得到的材料其蒙脱土层间距为1.92nm。
实施例4：将0.05g蒙脱土制成2g/ml的水悬浮液，溶胀24h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为400w，温度为80℃，将0.05g浓度为0.25/ml壳聚糖季铵盐(重均分子量为1.2×105，取代度为80％)水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应10min后，再0.15g将1g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌1h(800转/分)，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料。该复合材料的各组分所占总重量百分比分别为壳聚糖季铵盐80％、蒙脱土20％。材料中蒙脱土的层间距为2.53nm，而传统加热法制备得到的材料其蒙脱土层间距为2.13nm。
Claims (3)
1.壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，其特征在于具体步骤如下：将蒙脱土制成1～2g/ml的水悬浮液，溶胀18～36h后，放入微波辐射仪中，调节其输出功率为400～700w，温度为70～80℃，将浓度为0.1～0.25g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到蒙脱土水悬浮液中反应10～30min后，再将0.5～1g/ml壳聚糖季铵盐水溶液滴加到反应的溶液中，继续搅拌1～1.5h，壳聚糖季铵盐分子链插层进入蒙脱土层间生成复合材料，冷冻干燥即得壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料，复合材料中壳聚糖季铵盐占总重量百分比为33.3～80％、蒙脱土占总重量百分比为20～66.7％，所述搅拌的速度为600～1000转/分。
2.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，其特征在于所用壳聚糖季铵盐的重均分子量为1.1×105～1.5×105，取代度为75～95％。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐/蒙脱土纳米复合材料的微波辐射制备方法，其特征在于所述蒙脱土为天然钠基蒙脱土。
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