CN107312186A - 一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料及其制备方法 - Google Patents

一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料，其制备首先通过高碘酸钠部分氧化处理羟丙基纤维素，将醛基引入羟丙基纤维素中，之后将其分散在蒸馏水中，对纳米TiO2进行表面包覆；然后以乙二胺与丙烯酸甲酯为原料合成了端基为四个胺基的树枝状大分子，通过羟丙基纤维素的醛基基团与树枝状大分子端胺基的交联反应，在纳米TiO2表面共价交联得到凝胶基智能调光材料。在常温下本发明产品溶解良好，溶液浊度很低，当温度升高至40℃左右，浊度迅速上升，实现调光遮光效果，能够应用于调光玻璃、涂料等以自动控制室内的温度或光线。

Description

一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种温敏材料领域，具体涉及一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料及其制备方法。
背景技术
近十几年来，具有线性结构，可溶于水的温敏聚合物是一类引人注目的智能高分子材料，该材料水溶液随着温度的升高，溶解性下降，到某一温度时会发生相分离而浑浊，在降低到该温度以下时，它又变为澄清透明的溶液，由于这一特性，使得温敏性聚合物在遮光体、温度控制以及室内装饰、分离膜及药物缓释等的应用中有极好的前景，因而日益受到重视。
樊李红、潘晓然等人在其《羟丙基壳聚糖/氧化海藻酸钠水凝胶的制备及表征》一文中，将海藻酸钠经高碘酸钠氧化制得氧化海藻酸钠，利用其醛基与羟丙基壳聚糖上的氨基交联制备出能够原位交联的水凝胶。
树形聚合物是具有类似树枝状支化结构的三维立体构造的高分子，这类聚合物的结构特点是结构高度支化而富含内腔，与线性结构的聚合物相比具有良好的溶解性和较低的粘度，而且树枝状大分子具有高官能度、球形对称三维结构以及分子间和分子内不发生链缠结等结构特点，可控制的表面基团及化学稳定性，可应用范围广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料及其制备方法，具有热敏透光性。
一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料，其制备首先通过高碘酸钠部分氧化处理羟丙基纤维素，将醛基引入羟丙基纤维素中，之后将其分散在蒸馏水中，对纳米TiO2进行表面包覆；然后以乙二胺与丙烯酸甲酯为原料合成了端基为四个胺基的树枝状大分子，通过羟丙基纤维素的醛基基团与树枝状大分子端胺基的交联反应，在纳米TiO2表面共价交联得到凝胶基智能调光材料。
具体步骤如下：
（1）羟丙基纤维素的氧化处理：
将30-50重量份羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，加入120-160份高碘酸钠溶液，于25-35℃避光反应3-5小时，反应液使用蒸馏水透析1-2天除去小分子杂质，得到氧化羟丙基纤维素溶液；
（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2：
向上述氧化羟丙基纤维素溶液中加入30-45份纳米TiO2，超声分散25-35分钟，加热至40-50℃，搅拌5-6小时后超离心沉降，用去离子水将沉淀物洗涤2-3次，室温干燥，得到羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒；
（3）端胺基树枝状大分子的合成：
①、将2-5重量份乙二胺加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中，以乙二胺和丙烯酸甲酯摩尔比为1:8的量加入丙烯酸甲酯以及13-20份甲醇，搅拌混合均匀，于20-30℃下搅拌反应5-7小时，减压蒸馏，得到淡黄色液体；
②、将上述淡黄色液体中与14-22份甲醇、21-38份乙二胺依次加入到三颈瓶中，搅拌混合均匀，于20-30℃下搅拌反应20-26小时，减压蒸馏，得淡黄色透明粘稠状液体产物；
（4）交联共混：
将步骤（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒分散在160-260份蒸馏水中，加入将步骤（3）端胺基树枝状大分子，加热至40-46℃搅拌至溶解，加入1-4份己二酸二酰肼，保温反应2-3小时，降温至室温后静置3-4小时，即得。
其中，所述步骤（1）中羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，控制其浓度在1-3g/L。
其中，所述的步骤（1）中高碘酸钠溶液的浓度为0.4mol/L。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明使用高碘酸钠对羟丙基纤维素部分氧化处理，将醛基-CHO引入羟丙基纤维素分子中，之后利用余下未氧化的-OH基团牢固地吸附在纳米TiO2粒子的表面，经羟丙基纤维素包覆后的纳米TiO2粒子在凝胶基体中的分散性好，可以很好解决无机纳米粒子在使用中会发生团聚现象，充分发挥纳米TiO2材料的优势，实现材料的自清洁性能。
（2）本发明中端胺基树枝状大分子可起到交联剂作用，通过其端胺基与羟丙基纤维素分子中醛基的脱水反应，促进羟丙基纤维素交联，在纳米TiO2表面引入温敏性羟丙基纤维素微凝胶，在常温下本发明产品溶解良好，溶液浊度很低，当温度升高至40℃左右，发生相分离，浊度迅速上升，因而本发明产品只需感受外界环境的温度即可实现透明与遮光之间的交换，实现调光遮光效果，能够应用于调光玻璃、涂料等以自动控制室内的温度或光线。
具体实施方式
一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料，其制备首先通过高碘酸钠部分氧化处理羟丙基纤维素，将醛基引入羟丙基纤维素中，之后将其分散在蒸馏水中，对纳米TiO2进行表面包覆；然后以乙二胺与丙烯酸甲酯为原料合成了端基为四个胺基的树枝状大分子，通过羟丙基纤维素的醛基基团与树枝状大分子端胺基的交联反应，在纳米TiO2表面共价交联得到凝胶基智能调光材料。
具体步骤如下：
（1）羟丙基纤维素的氧化处理：
将40重量份羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，加入140份高碘酸钠溶液，于30℃避光反应4小时，反应液使用蒸馏水透析2天除去小分子杂质，得到氧化羟丙基纤维素溶液；
（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2：
向上述氧化羟丙基纤维素溶液中加入45份纳米TiO2，超声分散30分钟，加热至45℃，搅拌5小时后超离心沉降，用去离子水将沉淀物洗涤3次，室温干燥，得到羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒；
（3）端胺基树枝状大分子的合成：
①、将4重量份乙二胺加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中，以乙二胺和丙烯酸甲酯摩尔比为1:8的量加入丙烯酸甲酯以及17份甲醇，搅拌混合均匀，于25℃下搅拌反应6小时，减压蒸馏，得到淡黄色液体；
②、将上述淡黄色液体中与18份甲醇、26份乙二胺依次加入到三颈瓶中，搅拌混合均匀，于25℃下搅拌反应24小时，减压蒸馏，得淡黄色透明粘稠状液体产物；
（4）交联共混：
将步骤（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒分散在180份蒸馏水中，加入将步骤（3）端胺基树枝状大分子，加热至43℃搅拌至溶解，加入2份己二酸二酰肼，保温反应2小时，降温至室温后静置3小时，即得。
其中，所述步骤（1）中羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，控制其浓度在1g/L。
其中，所述的步骤（1）中高碘酸钠溶液的浓度为0.4mol/L。

Claims (4)

1.一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料，其特征在于，其制备首先通过高碘酸钠部分氧化处理羟丙基纤维素，将醛基引入羟丙基纤维素中，之后将其分散在蒸馏水中，对纳米TiO2进行表面包覆；然后以乙二胺与丙烯酸甲酯为原料合成了端基为四个胺基的树枝状大分子，通过羟丙基纤维素的醛基基团与树枝状大分子端胺基的交联反应，在纳米TiO2表面共价交联得到凝胶基智能调光材料。
2.根据权利要求书1所述的一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）羟丙基纤维素的氧化处理：
将30-50重量份羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，搅拌使其完全溶解，加入120-160份高碘酸钠溶液，于25-35℃避光反应3-5小时，反应液使用蒸馏水透析1-2天除去小分子杂质，得到氧化羟丙基纤维素溶液；
（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2：
向上述氧化羟丙基纤维素溶液中加入30-45份纳米TiO2，超声分散25-35分钟，加热至40-50℃，搅拌5-6小时后超离心沉降，用去离子水将沉淀物洗涤2-3次，室温干燥，得到羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒；
（3）端胺基树枝状大分子的合成：
①、将2-5重量份乙二胺加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中，以乙二胺和丙烯酸甲酯摩尔比为1:8的量加入丙烯酸甲酯以及13-20份甲醇，搅拌混合均匀，于20-30℃下搅拌反应5-7小时，减压蒸馏，得到淡黄色液体；
②、将上述淡黄色液体中与14-22份甲醇、21-38份乙二胺依次加入到三颈瓶中，搅拌混合均匀，于20-30℃下搅拌反应20-26小时，减压蒸馏，得淡黄色透明粘稠状液体产物；
（4）交联共混：
将步骤（2）羟丙基纤维素包覆纳米TiO2颗粒分散在160-260份蒸馏水中，加入将步骤（3）端胺基树枝状大分子，加热至40-46℃搅拌至溶解，加入1-4份己二酸二酰肼，保温反应2-3小时，降温至室温后静置3-4小时，即得。
3.根据权利要求书2所述的一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中羟丙基纤维素溶于蒸馏水中，控制其浓度在1-3g/L。
4.根据权利要求书2所述的一种羟丙基纤维素包覆纳米二氧化钛凝胶基智能调光材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中高碘酸钠溶液的浓度为0.4mol/L。
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