CN108384056B - 一种阳离子刚性片层增强剂及其制备方法和应用、聚丙烯酸凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳离子刚性片层增强剂及其制备方法和应用、聚丙烯酸凝胶的制备方法,包括以下步骤制备:在反应瓶中加入蒸馏水、过硫酸铵、丙烯酸单体和异丙醇,搅拌,加热回流至60‑70℃;将增强剂分散于反应液里;剩余丙烯酸单体和过硫酸铵在水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内。滴完约。继续回流,此时反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。本发明通过采用一种新型的阳离子片层结构增强剂对聚丙烯酸凝胶进行,这种不宜折叠的阳离子片层结构,为聚丙烯酸提供了多方位的交联点,使得聚丙烯酸强度大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及增强剂制备技术领域,特别涉及一种阳离子刚性片层增强剂及其制备方法和应用、聚丙烯酸凝胶的制备方法。
背景技术
聚丙烯酸由于具有吸水倍率高、吸水速度快、保水性能好、原料丰富、对环境酸度敏感等优点,近几年来得到了国内外研究者广泛的关注,但聚丙烯酸凝胶强度低致使其应用受到了限制,目前增强的方式主要是通过高价离子的络合。
发明内容
为了提供性能更优异的聚丙烯酸凝胶增强剂,本发明提供了一种阳离子刚性片层增强剂及其制备方法和应用、聚丙烯酸凝胶的制备方法,本发明通过采用新型的阳离子片层结构增强剂对聚丙烯酸凝胶进行,这种不宜折叠的阳离子片层结构,为聚丙烯酸提供了多方位的交联点,使得聚丙烯酸强度大幅度提高。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种阳离子刚性片层增强剂,其具有以下结构式:
阳离子刚性片层增强剂的制备方法,其合成方程式如下:
具体步骤为:
在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
所述的氧化石墨烯为单层,纯度>99wt.%,碳含量:51.1wt%,氧含量:40.5wt%。
一种阳离子刚性片层增强剂作为聚丙烯酸凝胶增强剂的应用。
一种阳离子刚性片层增强剂制备聚丙烯酸凝胶的方法,包括以下步骤:
按照重量份计,在反应器中,加入蒸馏水和1-2份过硫酸铵;待过硫酸铵溶解后,加入5-10份丙烯酸单体和5-10份异丙醇,搅拌,将反应液加热至60-70℃;将0.5-1.5份阳离子刚性片层增强剂分散反应液中;再将15~35份丙烯酸单体和2-5份过硫酸铵在水中溶解后,滴入反应器内;继续回流至反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
作为本发明的进一步改进,丙烯酸单体和过硫酸铵的水溶液滴加时间为1.0h。
作为本发明的进一步改进,回流反应时间0.5-1h。
作为本发明的进一步改进,阳离子刚性片层增强剂的制备方法,包括以下步骤:
在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
本发明相比于现有技术,具有以下优点:
本发明提供了一种新型的阳离子刚性片层增强剂,能够应用于对聚丙烯酸凝胶中,使得聚丙烯酸强度大幅度提高,可作为新一类的高弹性封堵剂。
本发明以氧化石墨烯分散在N,N二甲基-1,3-丙二胺中反应,反应物为两相,制备、分离简单,获得一种可用于增强聚丙烯酸凝胶的新型阳离子刚性片层增强剂。这种增强剂同时含有阳离子和不宜折叠的片层结构,为聚丙烯酸提供了多方位的交联点,使得聚丙烯酸强度大幅度提高,可作为新一类的高弹性封堵剂。
本发明通过采用一种新型的阳离子片层结构增强剂对聚丙烯酸凝胶进行,在反应瓶中加入过硫酸铵、丙烯酸单体和异丙醇,搅拌加热;将增强剂分散于反应液里,在递交剩余的丙烯酸单体和过硫酸铵;继续回流,此时反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。这种不宜折叠的阳离子片层结构,为聚丙烯酸提供了多方位的交联点,使得聚丙烯酸强度大幅度提高。
附图说明
图1为阳离子刚性片层增强剂的合成线路图;
图2为添加本发明增强剂制备的凝胶与未加增强剂制备的凝胶对比图。
具体实施方式
本发明一种阳离子刚性片层增强剂,具体的制备过程如下:
第一步:如图2所示,用于聚丙烯酸凝胶的阳离子刚性片层增强剂的反应方程式为:
根据上述反应机理,本发明采用如下技术方案:
一种用于聚丙烯酸凝胶的阳离子刚性片层增强剂,该材料的结构式为:
制备上述的一种用于聚丙烯酸凝胶的阳离子刚性片层增强剂,该方法的步骤为:
在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
一种应用阳离子刚性片层增强剂制备增强型聚丙烯酸凝胶的方法,包括以下步骤:
步骤1.在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和1-2g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入5-10g丙烯酸单体和5-10g异丙醇。搅拌,加热至60-70℃。
步骤2.将第一步制备的0.5-1.5g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1的反应液里。
步骤3.将剩余15~35g丙烯酸单体和2-5g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
步骤4.继续回流0.5-1h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明:
实施例1
第一步:在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯(以N,N二甲基-1,3-丙二胺质量计)和0.5wt.%(以N,N二甲基-1,3-丙二胺质量计)的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
第二步:1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和1.0g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入5g丙烯酸单体和5g异丙醇。搅拌,加热至70℃。
2)将第一步制备的0.5g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1)的反应液里。
3)将剩余15g丙烯酸单体和2g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
4)继续回流0.5h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
实施例2
第一步:在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
第二步:1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和1.0g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入5g丙烯酸单体和5g异丙醇。搅拌,加热至70℃。
2)将第一步制备的0.5g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1)的反应液里。
3)将剩余25g丙烯酸单体和3g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
4)继续回流1.0h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
实施例3
第一步:在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
第二步:1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和1.0g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入5g丙烯酸单体和5g异丙醇。搅拌,加热至70℃。
2)将第一步制备的1.0g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1)的反应液里。
3)将剩余25g丙烯酸单体和3g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
4)继续回流1.0h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
实施例4
第一步:在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
第二步:1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和1.0g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入5g丙烯酸单体和5g异丙醇。搅拌,加热至70℃。
2)将第一步制备的1.5g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1)的反应液里。
3)将剩余25g丙烯酸单体和3g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
4)继续回流1.0h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
对比例1
与实施例4不同的是去掉第二步的步骤2)合成未加增强剂的丙烯酸凝胶。
如图2所示,实施例4所得产物的分析:通过储能模量对产物进行分析,实例4合成的增强型聚丙烯酸凝胶的储能模量比对比例1合成的未加增强剂的聚丙酸凝胶高出了2-3个数量级,增强效果明显。
实施例5
第一步:在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中(回流)加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
第二步:1)在装有搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计的250mL四颈瓶中,加入80mL蒸馏水和2.0g过硫酸铵。待过硫酸铵溶解后,加入10g丙烯酸单体和10g异丙醇。搅拌,加热至70℃。
2)将第一步制备的1.5g阳离子刚性片层增强剂分散于步骤1)的反应液里。
3)将剩余35g丙烯酸单体和5g过硫酸铵在40mL水中溶解,由滴液漏斗滴入瓶内,由于聚合过程中放热,瓶内温度有所升高,反应液逐渐回流。滴完约1.0h。
4)继续回流0.8h,此时,反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (9)
3.根据权利要求2所述的阳离子刚性片层增强剂的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
4.根据权利要求3所述的阳离子刚性片层增强剂的制备方法,其特征在于:在反应中,所述的氧化石墨烯为单层,纯度>99wt.%,碳含量:51.1wt%,氧含量:40.5wt%。
5.一种如权利要求1所述的阳离子刚性片层增强剂作为聚丙烯酸凝胶增强剂的应用。
6.一种采用权利要求1所述的阳离子刚性片层增强剂制备聚丙烯酸凝胶的方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照重量份计,在反应器中,加入蒸馏水和1-2份过硫酸铵;待过硫酸铵溶解后,加入5-10份丙烯酸单体和5-10份异丙醇,搅拌,将反应液加热至60-70℃;将0.5-1.5份阳离子刚性片层增强剂分散反应液中;再将15~35份丙烯酸单体和2-5份过硫酸铵在水中溶解后,滴入反应器内;继续回流至反应液成流动性,倒入成型模具中,聚合过程中放热,继续反应,最终在模具中形成增强型的聚丙烯酸凝胶。
7.根据权利要求6所述的采用阳离子刚性片层增强剂制备聚丙烯酸凝胶的方法,其特征在于,丙烯酸单体和过硫酸铵的水溶液滴加时间为1.0h。
8.根据权利要求6所述的采用阳离子刚性片层增强剂制备聚丙烯酸凝胶的方法,其特征在于,回流反应时间0.5-1h。
9.根据权利要求6所述的采用阳离子刚性片层增强剂制备聚丙烯酸凝胶的方法,其特征在于,阳离子刚性片层增强剂的制备方法,包括以下步骤:
在装有N,N二甲基-1,3-丙二胺反应瓶中加入5.0wt.%氧化石墨烯和0.5wt.%的对甲苯磺酸,在120℃反应8h;反应结束后抽滤,滤饼水洗,真空干燥至恒重便得阳离子刚性片层增强剂。
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