CN103601917B - 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用 - Google Patents

水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103601917B
CN103601917B CN201310411784.2A CN201310411784A CN103601917B CN 103601917 B CN103601917 B CN 103601917B CN 201310411784 A CN201310411784 A CN 201310411784A CN 103601917 B CN103601917 B CN 103601917B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cellulose
ether
hybrid material
water
propylsilsesquioxane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310411784.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103601917A (zh
Inventor
张晓静
刘瑞雪
李刚森
李翀
方少明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University of Light Industry
Original Assignee
Zhengzhou University of Light Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University of Light Industry filed Critical Zhengzhou University of Light Industry
Priority to CN201310411784.2A priority Critical patent/CN103601917B/zh
Publication of CN103601917A publication Critical patent/CN103601917A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103601917B publication Critical patent/CN103601917B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Paints Or Removers (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料，它由八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷、纤维素醚和水制成，所述八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷与纤维素醚的重量比为1:100~200:100。在该纳米杂化材料中，八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷通过与纤维素醚之间的氢键作用，起到了物理交联点的作用，使杂化材料的拉伸强度从10.5增加到17.9Mpa，断裂伸长率从10%增加到23%，且其热失重为50%时的温度由333.4℃升高到343.2℃。

Description

水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用
技术领域
一种水溶性的有机硅高分子杂化材料，涉及一种有机硅纤维素醚纳米杂化材料，属于新材料技术领域。
背景技术
有机-无机硅高分子杂化材料不仅有效地整合了有机高分子材料和无机硅酸盐材料的优点，而且具备了母体材料原本不具有的优异物理化学性质。因此，有关有机硅高分子杂化材料制备与性能的报道也层出不穷。纤维素是自然界中一种取之不尽用之不竭的可再生资源，是一种重要的天然高分子材料，由于其具有多种结构和功能基，易于进行物理和化学修饰，同时具有生物可降解性、生物相容性及安全性等特点，因此成为了当前环境下最具有发展潜力的一类高分子材料，也是目前科研研究和技术研发的热点。但纤维素由于存在大量的氢键作用，致使其不能溶解在普通溶剂中，而且也不能进行熔融加工成型，限制了其进一步的应用。在实验室或在生产应用中，一般都将纤维素进行醚化反应。纤维素醚化后的产物即纤维素醚不仅可以溶于普通溶剂，易于成型加工，还改变了母体高分子的物理化学性质，极大拓展了纤维素的应用范围。同时，纤维素醚也是一种制备有机硅高分子杂化材料常用的一种聚合物。
目前，文献上报道的将硅引入纤维素醚体系主要有两种方法，第一种方法是将纤维素或纤维素醚活化或溶解后，利用硅烷化试剂如三甲基氯硅烷使羟基硅烷化，但该种制备方法需要使用有机溶剂如吡啶、二甲苯和DMF，另外反应需要较高的温度（80-160度）。第二种方法是制备有机无机杂化材料最常用溶胶-凝胶法。即：以烷氧基硅烷与聚合物为前驱体，通过多官能团烷氧基硅烷的水解和缩合反应，将有机硅与高聚物通过共价键结合起来形成有机-无机杂化材料，所制得的杂化材料具有优异的力学性能、热稳定性等。但是，在溶胶-凝胶法中，有机硅与高分子之间以共价键形式产生了三维交联网状结构使杂化材料不溶解不熔融，不能再进行成型加工，因此限制了材料的进一步广泛应用。
本发明提供了一种水溶性有机硅纤维素醚杂化材料。选用水溶性的聚倍半硅氧烷（OCAPS），通过物理共混的方法，将其引入水溶性的纤维素醚体系，利用OCAPS上所带的取代基与纤维素醚中羟基的氢键作用，在水溶液中形成具有物理交联结构的有机无机纳米杂化材料，OCAPS在纤维素醚中分散均匀，且提高了薄膜的力学性能和热稳定性，且此类有机无机杂化材料透光性良好、在室温下能够再溶于水、可反复成型加工。该制备方法简单、能够批量生产、绿色环保等特点将拓宽纤维素醚在化妆品、医药和建筑材料等方面的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于制备一种水溶性的有机硅纤维素醚杂化材料。
本发明采取的技术方案如下：一种水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料，它由八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷、纤维素醚和水制成，所述八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷与纤维素醚的重量比为1:100~200:100。
所述纤维素醚为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟丙基纤维素羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素中的一种。
所述的水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料的制备方法，称取八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷和纤维素醚，将八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷配置成质量浓度为0.2~8%的八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷水溶液，将纤维素醚配置成质量浓度为1~5%的纤维素醚水溶液，然后将八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷水溶液和纤维素醚水溶液在超声波条件下混合，离心脱泡，在玻璃板上流延、常温下干燥成膜，揭下后避光保存，制成水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料。
水溶性有机硅纤维素醚醚纳米杂化材料应用于化妆品领域和生物医用材料领域。
本发明有益效果：在该纳米杂化材料中，八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷通过与纤维素醚之间的氢键作用，起到了物理交联点的作用，使杂化材料的拉伸强度从10.5增加到17.9Mpa，断裂伸长率从10%增加到23%，且其热失重为50%时的温度由333.4℃升高到343.2℃，提高了纤维素醚的力学强度和热稳定性；可以在较大范围内以任意比例混合两者的水溶液，制成不同八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷含量的杂化薄膜材料，其中八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷与纤维素醚的重量比例范围由1:100可增至200:100，且所制得薄膜均具有良好的透光率，透光率均在85%以上；制得的杂化材料在室温下可再溶于水中，回收方便、可反复成型加工，绿色环保；此类杂化材料成型方法简便，成本低，可大规模生产，杂化材料可作为化妆品的保湿剂、建筑材料的保水剂、水乳胶涂料以及医用材料的药片黏结剂和用于烧伤治疗的成膜剂等。
附图说明
图1为OCAPS和HEC杂化材料红外光谱图。从图中可以看出，OCAPS与HEC共混后，HEC的羟基的伸缩振动峰由原来的3438cm-1红移至3376cm-1，OCAPS上氨基的-NH伸缩振动吸收峰由原来的3424cm-1红移至3359cm-1，说明在该杂化体系中OCAPS与HEC之间形成了氢键作用。
图2为OCAPS和HEC杂化材料XRD谱图。由图可知，OCAPS的加入，对HEC的结晶有抑制作用，杂化材料为无定形状态，当OCAPS含量高于30%时会在杂化体系中发生聚集现象。
图3为OCAPS和HEC杂化材料热失重分析曲线。由图分析可知，OCAPS的加入使杂化材料主链的热失重温度升高，热残余量增加。
图4为OCAPS和HEC杂化材料DSC曲线。从图中可以看出，OCAPS/HEC杂化材料没有出现明显的玻璃化转变和熔融峰，为无定形状态。
图5为OCAPS和HEC杂化材料力学性能曲线。由图可知，OCAPS的引入不仅提高了OCAPS/HEC杂化材料的拉伸强度，同时还改善了纯HEC膜性脆的缺点,扩大了材料的使用范围。
具体实施方式
实施例1
水溶性OCAPS的合成：将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、盐酸(36%)、甲醇按1:0.9:7的比例(体积比)加入到500mL的圆底烧瓶中，在室温下反应3天，然后，放入冰箱中冷冻24h，抽滤，在40°C下真空干燥后得到八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷（OCAPS）。
实施例2
5%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取0.25gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例3
10%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取0.5gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例4
15%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取0.75gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例5
20%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取1gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例6
30%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取1.5gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例7
70%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取3.5gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例8
100%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取5gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例9
150%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取7.5gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例10
200%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取10gOCAPS和5gHEC，将两者分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例11
20%OCAPS/羟丙基甲基纤维素（HPMC）水溶性杂化材料的制备：称取1gOCAPS和5gHPMC，将其分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例12
70%OCAPS/HPMC水溶性杂化材料的制备：称取3.5gOCAPS和5gHPMC，将其分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
实施例13
100%OCAPS/HPMC水溶性杂化材料的制备：称取5gOCAPS和5gHPMC，将其分别加入到120mL蒸馏水中，配制成水溶液，再将OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超声使其混合均匀，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
上述实施例中，八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷的缩写词OCAPS，其全称是Octa(3-chloroammonium-propyl)silsesquioxane。
比较例1
0%OCAPS/HEC水溶性杂化材料的制备：称取HEC5g加入到120mL蒸馏水中，配制成HEC的水溶液，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
比较例2
0%OCAPS/HPMC水溶性杂化材料的制备：称取HPMC5g加入到120mL蒸馏水中，配制成HEC的水溶液，离心脱泡，将混合溶液在玻璃板上流延,在自然状态下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。

Claims (4)

1.一种水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料，其特征在于：它由八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷、纤维素醚和水制成，所述八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷与纤维素醚的重量比为1:100~200:100。
2.根据权利要求1所述的水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料，其特征在于：所述纤维素醚为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素中的一种。
3.如权利要求1或2所述的水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料的制备方法，其特征在于：称取八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷和纤维素醚，将八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷配置成质量浓度为0.2~8%的八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷水溶液，将纤维素醚配置成质量浓度为1~5%的纤维素醚水溶液，然后将八聚氯化铵丙基倍半硅氧烷水溶液和纤维素醚水溶液在超声波条件下混合，离心脱泡，在玻璃板上流延、常温下干燥成膜，揭下后避光保存，制成水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料。
4.如权利要求1中所述的水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料应用于化妆品领域和生物医用材料领域。
CN201310411784.2A 2013-09-11 2013-09-11 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用 Active CN103601917B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310411784.2A CN103601917B (zh) 2013-09-11 2013-09-11 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310411784.2A CN103601917B (zh) 2013-09-11 2013-09-11 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103601917A CN103601917A (zh) 2014-02-26
CN103601917B true CN103601917B (zh) 2016-04-27

Family

ID=50120188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310411784.2A Active CN103601917B (zh) 2013-09-11 2013-09-11 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103601917B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106188629B (zh) * 2015-05-04 2019-06-04 中国科学院化学研究所 一种功能化纤维素复合材料及其制备方法
CN108404221A (zh) * 2018-04-09 2018-08-17 郑州轻工业学院 一种可注射性有机硅/壳聚糖纳米复合水凝胶及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4122257A (en) * 1976-06-04 1978-10-24 Hoechst Aktiengesellschaft Benzofuran-oxadiazole compounds
CN101765621A (zh) * 2007-08-02 2010-06-30 日本曹达株式会社 含有倍半硅氧烷的组合物及含有倍半硅氧烷的羟烷基纤维素的树脂组合物
CN102071487A (zh) * 2010-11-19 2011-05-25 无锡中科光远生物材料有限公司 一种有机-无机纳米复合膜的制备方法
CN103265638A (zh) * 2013-06-16 2013-08-28 桂林理工大学 纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8353410B2 (en) * 2009-11-24 2013-01-15 International Business Machines Corporation Polymeric films made from polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and a hydrophilic comonomer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4122257A (en) * 1976-06-04 1978-10-24 Hoechst Aktiengesellschaft Benzofuran-oxadiazole compounds
CN101765621A (zh) * 2007-08-02 2010-06-30 日本曹达株式会社 含有倍半硅氧烷的组合物及含有倍半硅氧烷的羟烷基纤维素的树脂组合物
CN102071487A (zh) * 2010-11-19 2011-05-25 无锡中科光远生物材料有限公司 一种有机-无机纳米复合膜的制备方法
CN103265638A (zh) * 2013-06-16 2013-08-28 桂林理工大学 纤维素纳米晶须有机无机耐热杂化材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A water-soluble organic-inorganic hybrid material based on polyhedral oligomeric silsesquioxane and polyvinyl alcohol";X. Zhang et al.;《J Polym Res》;20091003;第631–638页 *
"新型有机/无机杂化海藻酸钠超分子复合球";张晓静等;《河南省化学学会2012年学术年会论文摘要集》;20120701;摘要 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103601917A (zh) 2014-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tu et al. Recent progress in high‐strength and robust regenerated cellulose materials
Ali et al. A review of the properties and applications of poly (methyl methacrylate)(PMMA)
Zhang et al. A facile and efficient strategy for the fabrication of porous linseed gum/cellulose superabsorbent hydrogels for water conservation
CN102417606B (zh) 一种甲壳素气凝胶的制备方法
Ruan et al. Microporous membranes prepared from cellulose in NaOH/thiourea aqueous solution
CN105111470A (zh) 一种可逆共价交联聚硅氧烷弹性体及其制备方法与应用
Kang et al. Cellulose derivatives and graft copolymers as blocks for functional materials
Zhang et al. Blend membranes from carboxymethylated chitosan/alginate in aqueous solution
Jayaramudu et al. Calcinated tea and cellulose composite films and its dielectric and lead adsorption properties
CN104448396A (zh) 一种基于化学和物理交联的双网络纤维素凝胶系材料
Depoorter et al. Fully biosourced materials from combination of choline chloride-based deep eutectic solvents and guar gum
CN104130336B (zh) 一种酯化改性黄原胶的制备方法
Wan et al. Regenerated cellulose I from LiCl· DMAc solution
CN103087336B (zh) 氧化石墨烯/魔芋葡甘聚糖可降解复合薄膜材料的制备方法
Xu et al. Preparation and properties of cellulose-based films regenerated from waste corrugated cardboards using [Amim] Cl/CaCl2
CN103965403A (zh) 壳聚糖接枝amps的新方法
Marques et al. Comparing homogeneous and heterogeneous routes for ionic crosslinking of chitosan membranes
CN103601917B (zh) 水溶性有机硅纤维素醚纳米杂化材料及其制备方法与应用
Wang et al. Rapid microwave-assisted ionothermal dissolution of cellulose and its regeneration properties
CN101798403A (zh) 一种壳聚糖/聚乙烯醇/聚乳酸共混致密膜的制备方法
Santoso et al. Investigation of the influence of crosslinking activation methods on the physicochemical and Cu (II) adsorption characteristics of cellulose hydrogels
CN113526513B (zh) 块状木质素-二氧化硅复合气凝胶
CN102532346A (zh) 离子液体中制备壳聚糖季铵盐的绿色方法
Zhou et al. Degradable photo-crosslinked starch-based films with excellent shape memory property
CN114409813B (zh) 一种绿色可循环的纤维素溶剂及其制备方法，以及一种实现纤维素再生的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant