CN107385912B - 一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料及其制备方法以及应用 - Google Patents

一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料及其制备方法以及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料领域，且特别涉及一种凹土/海藻酸钠有机‑无机杂化材料及其制备方法以及应用。该凹土/海藻酸钠有机‑无机杂化材料，通过将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50‑70℃混合，连续搅拌固化0.5‑2.5小时制备得到。选用凹土为无机相、海藻酸钠为有机相制备有机‑无机杂化材料，由于凹土水解后的羟基(‑OH)与海藻酸钠(SA)羧基(‑COOH)产生共价键，同时凹土水解后两性电荷与海藻酸钠表面的阴离子发生电荷配位，使合成的杂化材料更加稳定。该制备方法操作简单，容易实现。将该材料应用于对织物进行改性，可以克服有机或无机材料的固有缺陷，从而解决织物功能的持久性不强、缓释性较差的问题。

Description

一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料及其制备方法以及 应用
技术领域
本发明涉及材料领域，且特别涉及一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料及其制备方法以及应用。
背景技术
伴随着人们崇尚回归自然、绿色环保等思潮的兴起，真丝纤维以其吸湿透气及与肌肤的良好亲和性又一次迎来了新的发展机遇。中国的茧丝绸产量占世界总产量的60％～70％，但近年来随着印度、巴西等国家丝绸产业的崛起，如果不积极寻求产业创新，这种优势将会逐渐消弱。近年来中国茧丝绸行业一直在呼吁加快复合型、差别化、功能性等高档真丝绸产品开发，以促进产业结构升级。因此，如何有效地对真丝材料进行改性，赋予普通真丝新的特性，满足不同的消费需求并提高产品附加值，成为广大丝绸研究人员现在乃至未来所关注的焦点。
目前大多利用一些有机或无机纳米材料对真丝进行改性处理，获得功能性真丝新材料。现有技术中有利用壳聚糖对真丝进行处理，可获得抗菌真丝材料，但壳聚糖不能溶于水和有机溶剂，只能溶于酸性水溶液，然而壳聚糖在酸性溶液中却易发生降解、产生沉淀。另有的一些现有技术利用天然芦荟提取液还原纳米银对真丝织物进行处理，可获得优良的抗紫外线性能，但是芦荟提取物成分复杂、不稳定，对于纳米银的生成存在不确定性。一些现有技术利用纳米氧化锌对织物进行整理可获得良好的抗紫外线、抗菌效果。一些现有技术利用超支化合物合成纳米银、纳米氧化锌等对真丝进行改性处理，获得具有抗菌、抗紫外性能的真丝绸织物，但纳米氧化锌、纳米银颗粒易团聚且整理后织物的抗紫外持久性较难以保证。另有一些现有技术利用乙烯基磷氮类阻燃剂(PN)接枝蚕丝织物表现出较好的阻燃效果，但对织物的舒适性影响较大。可见，采用纳米无机材料或有机材料对织物进行改性，无法克服有机或无机材料的固有缺陷，也存在织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题。
有机-无机杂化材料不同于传统意义上的复合材料，它不仅兼具有机高分子材料和无机材料的性能，而且由于是在微观尺度混合、内部较均匀，常常表现出许多新的优良特性。从无机和有机可能相互作用的联接可将杂化材料分为两类，Ⅰ类是两者通过范德华力、氢键或弱静电等作用弱结合的杂化材料；Ⅱ类是有机组分与无机组分之间通过形成分子水平的杂化，存在共价键、离子键或配位键等强化学键，且有机分子不是简单包裹于无机基质中。目前杂化材料在光学透明性、力学性能、耐高温、耐磨损等多种功能性方面表现出单纯有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性能，已成为科学研究热点之一。国外已经将有机-无机杂化材料应用在光电、涂层、催化、磁性、生物及化学传感器等领域中。如一些人通过溶胶-凝胶法制备出了聚丙烯酸-二氧化硅/二氧化钛的杂化材料，该杂化材料对蓝光的透光性很好，并且光传输损耗低，适宜在集成光学和通信信号传输中应用；另有的一些研究在溶胶-凝胶复合材料涂层和不锈钢基材之间通过化学键加入一层聚合物膜，使该涂层具有极强的耐腐蚀性；还有采用溶胶-凝胶法原位合成酰亚胺/二氧化钛(PI/TiO2)纳米复合薄膜。有机-无机杂化材料在多领域的应用已显示出优异性能和巨大潜力，但它仍是一个尚需进一步探索的领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，其表面形态稳定。
本发明的第二目的在于提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，操作简单，容易实现。
本发明的第三目的在于提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物进行改性中的应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50-70℃混合，连续搅拌固化 0.5-2.5小时，凹土溶液的浓度2g/L～25g/L，海藻酸钠溶液的浓度3g/L～25g/L，海藻酸钠溶液与凹土溶液的体积比0.5～4。
本发明还提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，其由上述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法制备得到。
本发明还提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物进行改性中的应用。
本发明有益效果是：
本发明提供的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，通过将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50-70℃混合，连续搅拌固化0.5-2.5 小时，凹土溶液的浓度2g/L～25g/L，海藻酸钠溶液的浓度3g/L～25g/L，海藻酸钠溶液与凹土溶液的体积比0.5～4。这种制备方法操作简单，容易实现。
本发明提供的土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，选用凹土为无机相、海藻酸钠为有机相制备有机-无机杂化材料，由于凹土水解后的羟基(-OH) 与海藻酸钠(SA)羧基(-COOH)产生共价键，同时凹土水解后两性电荷与海藻酸钠表面的阴离子发生电荷配位，使合成的杂化材料更加稳定。
本发明提供的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物进行改性中的应用。采用这种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料对织物进行改性，可以克服有机或无机材料的固有缺陷，从而解决织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1制备得到的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备得到的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的在纤维细度分析仪下的观察图；
图3为本发明实施例3制备得到的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的在纤维细度分析仪下的观察图；
图4为本发明实施例4制备得到的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的在纤维细度分析仪下的观察图；
图5为本发明实施例5制备得到的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50-70℃混合，连续搅拌固化0.5-2.5小时，凹土溶液的浓度2g/L～25g/L，海藻酸钠溶液的浓度3g/L～25g/L，海藻酸钠溶液与凹土溶液的体积比0.5～4。
具体地：
S1、制备凹土溶液。
进一步地，凹土溶液是将凹土在电磁搅拌的同时加入到35-45℃的水中制备得到。
在本发明一可选的实施例中，选用40℃的温水，恒温搅拌下加入凹土，利用电磁搅拌器搅拌24小时制备得到凹土溶液。
凹土是凹凸棒黏土的简称，又名坡缕石，是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的黏土矿，化学式为Si8O20Mg5(Al)(OH)2(H2O)4·4H2O，其基本结构单元为两层硅氧四面体与一层镁(铝)氧八面体构成的棒状单晶。以下是凹土的组成及化学结构：
凹土属天然一维纳米材料。凹土表面的Si-O键和Al-O键发生水解破裂可产生表面电荷，破键水解产生的R-OH上的羟基(-OH)具有酸碱两性。
凹土独特的结构赋予了其吸附、催化、填充、吸收紫外线和抑菌等性能。将凹土用于凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备，能够有效地发挥其特性，从而用于解决因有机或无机材料的固有缺陷使得织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题，进而可应用于后续对织物进行改性。
进一步地，凹土溶液的浓度对制备凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的稳定性有较大的影响。
在本发明一可选的实施例中，凹土溶液的浓度选择5g/L～25g/L。能够制得稳定性能良好的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，并且将其固化烘干后得到的材料的表面形态以及粒径良好。
S2、制备海藻酸钠溶液。
进一步地，海藻酸钠溶液是将海藻酸钠，在搅拌的同时加入到 35-65℃的水中制备得到。
进一步地，制备海藻酸钠溶液时，连续搅拌1.5-2.5小时。
在本发明一可选的实施例中，海藻酸钠溶液是这样制备的：海藻酸钠是天然植物胶的盐类，先将水温升至40℃，然后边快速搅拌边将海藻酸钠均匀的加入，撒入不能过快或过多，以防止溶解不及时而结成团块，从而使溶解速度迅速降低，连续搅拌2小时，隔夜静置去除气泡，将海藻酸钠溶解后，可以加水稀释到所需的浓度和质量。
进一步地，将海藻酸钠溶液与凹土溶液混合前，还向海藻酸钠溶液中加入乳化剂。
进一步地，乳化剂是将曲拉通溶液在35-45℃，磁力搅拌0.5-1.5 小时后，降温至15-25℃后，静置除去气泡制备得到。
在本发明一可选的实施例中，具体地曲拉通溶液是这样制备的：利用40℃的磁力搅拌下加入适量的曲拉通X-100，然后连续搅拌1 小时得到曲拉通溶液，并降温到20℃静置去除气泡。
进一步地，曲拉通溶液是通过在50-60℃的石蜡液体中加入曲拉通，搅拌30分钟后，制备得到。
在本发明另一可选的实施例中，具体地曲拉通溶液是这样制备的：在瓶子中加入合适的液体石蜡，加热到60℃，然后再加入适量的曲拉通X-100，高速搅拌30分钟，液体是石蜡为淡黄色(溶液C)。溶液C降温到20℃。
S3、将海藻酸钠溶液与凹土溶液混合。
应理解，上述将海藻酸钠溶液与凹土溶液混合时的顺序是不限定的。上述将海藻酸钠溶液与凹土溶液混合时可以选择将海藻酸钠溶液加入到凹土溶液中进行混合，也可以选择将凹土溶液加入到海藻酸钠溶液中进行混合。
进一步地，将上述的凹土溶液与海藻酸钠溶液混合时，在50-70℃混合，连续搅拌固化0.5-2.5小时。
在本发明一可选的实施例中，在60℃的海藻酸钠溶液中加入适量的凹土溶液，并高速搅拌1.5小时。
进一步地，将上述的凹土溶液与海藻酸钠溶液混合时，凹土溶液的浓度5g/L～25g/L，海藻酸钠溶液的浓度5g/L～25g/L，海藻酸钠溶液与凹土溶液的体积比0.5～4。
在本发明一可选的实施例中，分别采用浓度为5g/L、7.5g/L、 10g/L、12.5g/L、15g/L的凹土与20g/L的海藻酸钠溶液在50℃水浴下充分搅拌，固化1小时。
S3、固化。
向海藻酸钠溶液与凹土溶液混合后的混合溶液中加入固化剂，在 35-45℃搅拌20-40分钟后，加热至水分蒸发。
在本发明一可选的实施例中，上述的固化剂选择CaCl2。具体地，向海藻酸钠溶液与凹土溶液混合后的混合溶液中逐步加入氯化钙溶液，维持温度在40℃，温和搅拌半小时。然后温度逐步增加，将水分逐步蒸发。
进一步地，将制得的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊放在铝样品台上烘干。
应理解，进一步地可以根据本领域常用的检测手段对上述的微胶囊进行相关的检测。在本发明一可选的实施例中，把上述的微胶囊放在离子溅射仪上，放入真空容器内，在高压的作用下，把残留的气体分子电离来形成等离子体，然后阳离子就会在在电场加速下轰击金属钯，使金属原子溅射到样品的表面，最后形成导电膜。将上述的微胶囊放入扫描电子显微镜中扫描，观察其表征等。
本发明的一些实施方式还提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料。其由上述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法制备得到。
该凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过选用凹土为无机相、海藻酸钠为有机相制备有机-无机杂化材料，由于凹土水解后的羟基 (-OH)与海藻酸钠(SA)羧基(-COOH)产生共价键，同时凹土水解后两性电荷与海藻酸钠表面的阴离子发生电荷配位，使合成的杂化材料更加稳定。制备的这种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，能够用于解决因有机或无机材料的固有缺陷使得织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题，从而可应用于后续对织物进行改性。
本发明的一些实施方式还提供一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物进行改性中的应用。
将这种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料应用在对织物进行改性中，可以克服有机或无机材料的固有缺陷，从而解决织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过以下步骤制得：其是这样制备的：
溶液体积为1L一定时，配制25g/L的海藻酸钠溶液和3g/L的凹土溶液，按1.6L的海藻酸钠溶液与0.4L的凹土溶液在50℃水浴下充分搅拌，将复合物用不同孔径的针头以匀速滴到氯化钙溶液中，连续搅拌固化0.5小时，制得凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊。
实施例2
本实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过以下步骤制得：其是这样制备的：
分别采用浓度为5g/L、7.5g/L、10g/L、15g/L、20g/L的海藻酸钠与7g/L的凹土溶液在50℃水浴下充分搅拌，以CaCl2为固化剂，将复合物用不同孔径的针头以匀速滴到氯化钙溶液中，连续搅拌固化 1.5小时，制得凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊，分别标记为a、b、c、d、e。
实施例3
本实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过以下步骤制得：其是这样制备的：
分别采用浓度为2g/L、5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L的凹土与20g/L的海藻酸钠溶液在60℃水浴下充分搅拌，以CaCl2为固化剂，将复合物用不同孔径的针头以匀速滴到氯化钙溶液中，连续搅拌固化2.5小时，制得凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊，分别标记为a、b、c、d、e、f。
实施例4
本实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过以下步骤制得：其是这样制备的：
分别采用浓度为10g/L、15g/L、20g/L、25g/L的凹土溶液分别与浓度为5g/L、7.5g/L、10g/L、12.5g/L的海藻酸钠溶液在70℃水浴下充分搅拌，以CaCl2为固化剂，将复合物用不同孔径的针头以匀速滴到氯化钙溶液中，连续搅拌固化2.5小时，制得凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊，分别标记为a、b、c、d。
实施例5
本实施例提供的一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，通过以下步骤制得：其是这样制备的：
利用40℃的磁力搅拌下加入适量的曲拉通X-100,然后连续搅拌 1小时得到溶液A，并降温到20℃静置去除气泡。将溶液A与凹土溶液的比例分别为2:8、4:6、5:5、6:4、8:2分配。制得凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊，分别标记为a、b、c、d、e。
实验例一
对本发明的实施例1制备得到凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊进行扫描电镜表征。得到SEM照片。具体地，请参照图1，图中是在偏光显微镜放大1000倍下，微球切开内壁的表面形态，其中海藻酸钠比例大，凹土比例小，整个凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料微胶囊粒子的表面形态稳定。
实验例二
对本发明的实施例2制备得到凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊在纤维细度分析仪下观察。具体地，请参照图2，可以看出，当凹土浓度一定时，海藻酸钠浓度度越接近凹土浓度时，微胶囊粒子明显增多，且浓度接近1:2时，微胶囊粒子大小越圆，分布均匀，表面形态稳定。
实验例三
对本发明的实施例3制备得到凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊在纤维细度分析仪下观察。具体地，请参照图3，图中可以看出凹土浓度越低，微胶囊粒子越少，随着凹土浓度的增加，越接近海藻酸钠浓度时，微胶囊粒子明显增多。整个凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料微胶囊粒子的表面形态稳定。
实验例四
对本发明的实施例4制备得到凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊在纤维细度分析仪下观察。具体地，请参照图4，图中可以看出相同溶液体积下，芯材与壁材是1:2时，微胶囊粒子明显增多，且粒子大小较均匀，微球在不断缓释，微粒逐渐变为球形、颗粒或谷粒形，整个凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料微胶囊粒子的表面形态稳定。
实验例五
对本发明的实施例4制备得到凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的微胶囊进行扫描电镜表征。得到SEM照片。具体地，请参照图5，经过扫描电子显微镜扫描之后，微胶囊的表面特征。整个凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料微胶囊粒子的表面形态稳定。
综上所述，本发明提供的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，通过将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50-70℃混合，连续搅拌固化 0.5-2.5小时，凹土溶液的浓度5g/L～25g/L，海藻酸钠溶液的浓度5g/L～25g/L，海藻酸钠溶液与凹土溶液的体积比0.5～4。这种制备方法操作简单，制得的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料表面形态稳定。
本发明提供凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，选用凹土为无机相、海藻酸钠为有机相制备有机-无机杂化材料，由于凹土水解后的羟基(-OH)与海藻酸钠(SA)羧基(-COOH)产生共价键，同时凹土水解后两性电荷与海藻酸钠表面的阴离子发生电荷配位，使合成的杂化材料更加稳定。
本发明提供的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物进行改性中的应用。采用这种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料对织物进行改性，可以克服有机或无机材料的固有缺陷，从而解决织物功能的持久性不强、缓释性较差等问题。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将海藻酸钠溶液与凹土溶液在50-70℃混合后，搅拌固化，所述凹土溶液的浓度2g/L～25g/L，所述海藻酸钠溶液的浓度3g/L～25g/L，所述海藻酸钠溶液与所述凹土溶液的体积比0.5～4；将所述海藻酸钠溶液与所述凹土溶液混合后的混合溶液滴加到固化剂溶液中固化，固化时间0.5-2.5小时。
2.根据权利要求1所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液是将海藻酸钠，在搅拌的同时加入到35-65℃的水中制备得到。
3.根据权利要求2所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，制备所述海藻酸钠溶液时，搅拌时间为1.5-2.5小时。
4.根据权利要求1所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，所述凹土溶液是将凹土在电磁搅拌的条件下加入到35-45℃的水中制备得到。
5.根据权利要求4所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，制备所述凹土溶液时，电磁搅拌的时间为23.5-24.5小时。
6.根据权利要求1所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，将所述海藻酸钠溶液与所述凹土溶液混合前，还向所述海藻酸钠溶液中加入乳化剂。
7.根据权利要求6所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法，其特征在于，所述乳化剂是将曲拉通溶液在35-45℃的条件下磁力搅拌0.5-1.5小时后，降温至15-25℃后，静置除去气泡制备得到。
8.一种凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料，其特征在于，其由根据权利要求1-7任一项所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料的制备方法制备得到。
9.一种根据权利要求8所述的凹土/海藻酸钠有机-无机杂化材料在对织物改性中的应用。
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