CN109294142B - 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109294142B
CN109294142B CN201811361484.7A CN201811361484A CN109294142B CN 109294142 B CN109294142 B CN 109294142B CN 201811361484 A CN201811361484 A CN 201811361484A CN 109294142 B CN109294142 B CN 109294142B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
water
hydrogel
oil
comonomer
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
CN201811361484.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109294142A (zh
Inventor
何培新
张玉红
刘勇
苏铭吉
吴莉莉
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.)
Yan'an Baota District Runyang Petroleum Engineering Technology Service Co.,Ltd.
Original Assignee
Hubei University
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 Hubei University filed Critical Hubei University
Priority to CN201811361484.7A priority Critical patent/CN109294142B/zh
Publication of CN109294142A publication Critical patent/CN109294142A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109294142B publication Critical patent/CN109294142B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08L33/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0202—Separation of non-miscible liquids by ab- or adsorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
    • C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/04—Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F220/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D133/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C09D133/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/65—Additives macromolecular

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明属于环保材料技术领域，尤其是涉及一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用。一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：水溶性高分子材料0.08‑9份、共聚单体1‑60份、壳聚糖0.2‑7份、pH调节剂0.1‑6份、光引发剂0.001‑0.05份和水8‑90份；优选的，所述共聚单体包括0.8‑40重量份丙烯酰胺和0.2‑20重量份丙烯酸。本发明中的水凝胶拥有优异的机械性能和自愈合能力，利用本发明中的水凝胶制得的油水分离器具有较高的油水分离效率。

Description

一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，尤其是涉及一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业含油废水的增加和频繁的漏油事故，石油污染的水已成为一个世界性的问题。因为环境和经济需求，油/水分离是一项非常紧迫的任务。为有效地分离油/水混合物，探究特殊材料润湿性近年来受到广泛关注。
超亲水性和水下超疏油水凝胶涂层网格，由亲水性的水凝胶和微米级多孔不锈钢基板构建。它可以选择性地和有效地通过重力作用分开油/水混合物。在分离过程中，对水的超亲和性，使水可以极易通过，而对油的亲和力低的水下超疏油界面可以防止油对油水分离材料的污染和堵塞，使油料容易回收。这种新颖的除水型的材料与传统的疏水性和亲油性材料润湿性完全相反，从而克服了本质上易于污染和硬回收的限制。但是目前大多数文献和发明专利都没有考虑到基材上的水凝胶的机械性能和回收的问题，使得水凝胶涂层网格极其容易在形变的情况下被破坏而失去功能，或是在使用过程中凝胶破损而永久失效。
目前，水凝胶涂层网格已有一些文献和专利报道了由亲水性水凝胶层和多孔基材的油水分离材料。虽然这些水凝胶网格具有很好的油水分离效率，但是涂覆在网格上的水凝胶无法承受大的形变，且不能自愈合，导致复合网格在油水分离上的使用受到了巨大的限制。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种水凝胶，主要由亲水性高分子材料、共聚单体、壳聚糖、pH调节剂、光引发剂和水制备得到。该水凝胶中共聚单体丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物和壳聚糖提供了以弱氢键和强静电交联为主的网络，亲水性高分子材料提供了以弱氢键和强结晶域为主的网络，两种网络的相互贯穿，相互协同有利于提高水凝胶的拉伸性能，得到的水凝胶拥有优异的机械性能和自愈合能力。
本发明的另一个目的是提供如上所述的水凝胶的制备方法，该制备方法是采用简易的一锅法控温技术得到预聚液，在紫外光照下引发聚合得到水凝胶，工艺简单，原料易得，成本低，适合于工业化生产，获得的杂化物理水凝胶具有优良的拉伸性能，优异的自愈合能力。
本发明的另一个目的是提供一种如上水凝胶在制备复合网状结构材料的油水分离材料中的应用，具有较好的油水分离效果。
本发明的另一个目的是提供一种油水分离器，包括载体和结合在所述载体上如上所述的水凝胶，该油水分离器对各种油水混合物具有较高的分离效率。
本发明的另一个目的是提供一种油水分离器的制作方法，将所述载体浸没在所述预聚液中，使载体上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光照射下，所述载体上的预聚液聚合成水凝胶，得到油水分离器。通过该方法制得的油水分离器分离速度快，分离效果好，低成本，易清洁，具有突出的形变能力及优异的自愈合能力。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.08-9份、共聚单体1-60份、壳聚糖0.2-7份、pH调节剂0.1-6份、光引发剂0.001-0.05份和水8-90份；
优选的，所述共聚单体包括0.8-40重量份丙烯酰胺和0.2-20重量份丙烯酸。
优选地，所述水凝胶主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.1-4份、共聚单体1.5-45份、壳聚糖0.4-4.8份、pH调节剂0.2-4份、光引发剂0.01-0.03份和水10-80份；
优选的，所述共聚单体包括1-30重量份丙烯酰胺和0.5-15重量份丙烯酸。
优选地，所述水溶性高分子材料包括聚乙烯醇、明胶、淀粉和琼脂中的至少一种；
优选地，所述水溶性高分子材料为聚乙烯醇，更优选地，所述聚乙烯醇包括1795型、1797型和1799型中的至少一种。
优选地，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯和二苯基乙酮中的至少一种。
优选地，所述pH调节剂选自乙酸和盐酸中的一种。
如上所述的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性高分子材料、共聚单体和水混合，然后加入pH调节剂和壳聚糖，再加入光引发剂，避光处理后得到预聚液，紫外光照射所述预聚液，得到水凝胶。
优选地，所述水溶性高分子化合物、共聚单体和水是在75-99℃下进行所述混合的操作，更优选为80-90℃；
优选地，所述水溶性高分子化合物、共聚单体和水混合的时间为60-200min，更优选为100-150min；
优选地，所述加入壳聚糖后要进行加热搅拌，优选地，所述加热的温度为75-99℃，更优选为80-90℃；
优选地，所述搅拌的时间为30-70min，更优选为40-50min；
优选地，所述预聚液置于长方体或圆柱体的模具中，再进行紫外光照；
更优选地，所述长方体模具的长为6-40mm，宽为3-30mm，高为1-25mm；
更进一步优选地，所述圆柱体模具的高为5-40mm，底面直径为3-30mm。
所述的水凝胶在制备复合网状结构材料的油水分离涂层中的应用。
一种油水分离器，包括载体和结合在所述载体上如上所述的水凝胶，所述载体选自金属网、尼龙网、玻璃纤维网和滤纸中的一种；
优选地，所述载体为金属网，更优选地，所述金属网是不锈钢网或铜网；
更优选地，所述金属网的网孔孔径为30-60μm，更优选为40-50μm。
如上所述的油水分离器的制作方法，包括以下步骤：
将所述载体浸没在所述预聚液中，使载体上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光照射下，所述载体上的预聚液聚合成水凝胶，得到油水分离器；
优选地，所述紫外光照射时间为6-18h，更优选为8-12h。
优选地，所述载体上形成所述水凝胶的厚度为300nm-500μm，更优选为100-300μm。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中的水凝胶主要由亲水性高分子材料、共聚单体、壳聚糖、pH调节剂、光引发剂和水制备得到。该水凝胶中丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物和壳聚糖提供了以弱氢键和强静电交联为主的网络，亲水性高分子材料提供了以弱氢键和强结晶域为主的网络，两种网络的相互贯穿，相互协同有利于提高水凝胶的拉伸性能，得到的水凝胶拥有优异的机械性能和自愈合能力。本发明所得到的水凝胶拉伸应变为高达2800％以上，拉伸应力高达162kPa以上，自愈合效率达到80％以上。
(2)本发明中的水凝胶的制备方法是采用简易的一锅法控温技术得到预聚液，在紫外光照下引发聚合得到水凝胶，工艺简单，原料易得，成本低，适合于工业化生产，获得的杂化物理水凝胶具有优良的拉伸性能，优异的自愈合能力。
(3)本发明中的水凝胶在制备复合网状结构材料的油水分离材料中的应用，具有较好的油水分离效果。发明中的油水分离器，包括载体和结合在所述载体上如上所述的水凝胶，该油水分离器对各种油水混合物具有较高的分离效率，分离效率高达99％以上。该油水分离器的制作方法，将所述载体浸没在所述预聚液中，使载体上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光照射下，所述载体上的预聚液聚合成水凝胶，得到油水分离器。通过该方法制得的油水分离器分离速度快，分离效果好，低成本，易清洁，具有突出的形变能力及优异的自愈合能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1、对比例2和对比例3中的水凝胶的拉伸应力应变曲线图；
图2为本发明中实施例1中的水凝胶被破坏后的在不同温度下的愈合凝胶的拉伸应力应变曲线图；
图3为本发明中实施例1所使用的未涂覆水凝胶的裸露不锈钢网的SEM图；
图4为本发明中实施例1所制备油水分离器的SEM图；
图5为本发明中实施例1中油水分离器的油水分离效率图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.08-9份、共聚单体1-60份、壳聚糖0.2-7份、pH调节剂0.1-6份、光引发剂0.001-0.05份和水8-90份；
优选的，所述共聚单体包括0.8-40重量份丙烯酰胺和0.2-20重量份丙烯酸。
本发明中的水凝胶由0.08-9份水溶性高分子材料、1-60份共聚单体、0.2-7份壳聚糖、0.1-6份pH调节剂、0.001-0.05份光引发剂和8-90份水。丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物和壳聚糖提供了以弱氢键和强静电交联为主的网络，亲水性高分子材料提供了以弱氢键和强结晶域为主的网络，两种网络的相互贯穿，相互协同有利于提高水凝胶的拉伸性能，得到的水凝胶拥有优异的机械性能和自愈合能力。
水溶性高分子材料的重量份数典型但非限制性的例如为0.08份、0.1份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份或9份。
共聚单体的重量份数典型但非限制性的例如为1份、1.5份、2份、10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份。
壳聚糖的重量份数典型但非限制性的例如为0.2份、0.4份、1份、2份、3份、4份、4.8份、6份或7份。
pH调节剂的重量份数典型但非限制性的例如为0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份或6份。
光引发剂的重量份数典型但非限制性的例如为0.001份、0.005份、0.01份、0.02份、0.03份、0.04份或0.05份。
水的重量份数典型但非限制性的例如为8份、9份、10份、15份、20份、30份、40份、50份、60份、70份、80份或90份。
优选地，所述水凝胶主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.1-4份、共聚单体1.5-45份、壳聚糖0.4-4.8份、pH调节剂0.2-4份、光引发剂0.01-0.03份和水10-80份；
通过进一步优选水溶性高分子材料、共聚单体、壳聚糖、pH调节剂、光引发剂和水的配比，得到的水凝胶具有更优异的机械性能和自愈合能力。
优选的，所述共聚单体包括1-30重量份丙烯酰胺和0.5-15重量份丙烯酸。
优选地，所述水溶性高分子材料包括聚乙烯醇、明胶、淀粉和琼脂中的至少一种；
优选地，所述水溶性高分子材料为聚乙烯醇，更优选地，所述聚乙烯醇包括1795型、1797型和1799型中的至少一种。
本发明利用水溶性高分子材料聚乙烯醇、明胶、淀粉和琼脂中的氢键和结晶域网络，与聚丙烯酰胺和壳聚糖形成氢键交联网络，再与丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物及壳聚糖形成的静电交联网络相互贯穿，形成双网络结构的杂化水凝胶，该水凝胶具有优异的机械性能和自愈合能力，并且油水分离效率高。
优选地，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯和二苯基乙酮中的至少一种。
光引发剂是一类能在紫外光区(250～420nm)或可见光区(400～800nm)吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发单体聚合交联固化的化合物。本发明选用2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯和二苯基乙酮中的至少一种物质作为光引发剂，可得到性能更加优异的水凝胶。
优选地，所述pH调节剂选自乙酸和盐酸中的一种。
通过pH调节剂将溶液的pH调节到2-6，可利用低浓度的酸进行微调。
如上所述的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性高分子材料、共聚单体和水混合，然后加入pH调节剂和壳聚糖，再加入光引发剂，避光处理后得到预聚液，紫外光照射所述预聚液，得到水凝胶。
本发明采用简易的一锅法控温技术得到预聚液，在紫外光照下引发聚合得到水凝胶，原料易得，成本低，适合于工业化生产，通过该方法获得的杂化物理水凝胶具有优良的拉伸性能，优异的自愈合能力。
优选地，所述水溶性高分子化合物、共聚单体和水是在75-99℃下进行所述混合的操作，更优选为80-90℃；
所述水溶性高分子化合物、共聚单体和水混合需要加热搅拌，加热的温度典型但非限制性的例如为75℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、95℃或99℃。
优选地，所述水溶性高分子化合物、共聚单体和水混合的时间为60-200min，更优选为100-150min；
水溶性高分子化合物、共聚单体和水混合的时间典型但非限制性的例如为60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、180min或200min。
优选地，所述加入壳聚糖后要进行加热搅拌，优选地，所述加热的温度为75-99℃，更优选为80-90℃；
加热的温度典型但非限制性的例如为75℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、95℃或99℃。
优选地，所述搅拌的时间为30-70min，更优选为40-50min；
搅拌的时间典型但非限制性的例如为30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min或70min。
优选地，所述预聚液置于长方体或圆柱体的模具中，再进行紫外光照；
更优选地，所述长方体模具的长为6-40mm，宽为3-30mm，高为1-25mm；
长方体模具的长典型但非限制性的例如为6mm、10mm、20mm、30mm或40mm。
长方体模具的宽典型但非限制性的例如为3mm、5mm、10mm、20mm或30mm。
长方体模具的高典型但非限制性的例如为1mm、5mm、10mm、15mm、20mm或25mm。
更进一步优选地，所述圆柱体模具的高为5-40mm，底面直径为3-30mm。
圆柱体模具的高典型但非限制性的例如为5mm、10mm、15mm、20mm、30mm或40mm。
圆柱体模具的底面直径典型但非限制性的例如为3mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm。
所述的水凝胶在制备复合网状结构材料的油水分离涂层中的应用。
一种油水分离器，包括载体和结合在所述载体上如上所述的水凝胶，所述载体选自金属网、尼龙网、玻璃纤维网和滤纸中的一种；
优选地，所述载体为金属网，更优选地，所述金属网是不锈钢网或铜网；
更优选地，所述金属网的网孔孔径为30-60μm，更优选为40-50μm。
所述金属网的网孔孔径典型但非限制性的例如为30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm。
如上所述的油水分离器的制作方法，包括以下步骤：
将所述载体浸没在所述预聚液中，使载体上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光照射下，所述载体上的预聚液聚合成水凝胶，得到油水分离器；
优选地，所述紫外光照射时间为6-18h，更优选为8-12h。
紫外光照射时间典型但非限制性的例如为6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、15h或18h。
优选地，所述载体上形成所述水凝胶的厚度为300nm-500μm，更优选为100-300μm。
水凝胶的厚度典型但非限制性的例如为300nm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm。
本发明中的载体的网孔孔径为30-60μm，结合载体上形成所述水凝胶的厚度为300nm-500μm，得到的油水分离器分离速度快，分离效果好，具有更突出的形变能力和优异的自愈合能力。
在一种优选地实施方案中，所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.08-9份水溶性高分子材料、1-60份共聚单体和8-90份水加入到烧杯中，在75-99℃下搅拌60-200min，使水溶性高分子材料和共聚单体充分溶解，得到透明的均匀液体；
(2)然后再向上述步骤(1)所制的透明的均匀液体中加入0.1-6份pH调节剂和0.2-7份壳聚糖，并通入氮气继续在75-99℃下加热搅拌30-70min，直到壳聚糖完全溶于混合液中，得到粘稠的液体；
(3)向步骤(2)得到的粘稠的液体中加入0.001-0.05份光引发剂并置于背光处冷却至室温，得到预聚液；
(4)将上述步骤(3)中的预聚液置于长方体或圆柱体模具中并于紫外光下照射6-18h，得到杂化水凝胶。
在一种优选地实施方案中，所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
将所述不锈钢网或铜网浸没在所述预聚液中，使不锈钢网或铜材质的网上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光下照射6-18h，在所述不锈钢网或铜材质的网上预聚液聚合成厚度为300nm-500μm的水凝胶，得到油水分离器；
下面结合具体的实施例、对比例和附图，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
1795型聚乙烯醇0.08份、丙烯酰胺份0.8份、丙烯酸0.2份、壳聚糖0.35份、冰乙酸0.1份、2-羟基-2-甲基苯丙酮0.001份和水8份。
所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1795型聚乙烯醇，丙烯酰胺和丙烯酸溶解到水中，在75℃下加热200min，得到透明混合液；
(2)量取一定量的冰乙酸加入到步骤(1)得到的透明混合液中，调节其pH为酸性后将壳聚糖加入其中，并通入氮气继续在75℃下加热搅拌70min，使壳聚糖全部溶解得到极为粘稠的混合液，再加入2-羟基-2-甲基苯丙酮置于暗处冷却至室温得到预聚液；
(3)将步骤(2)中的部分预聚液密封在长为6mm，宽为3mm，高为1mm的长方体模具中，在紫外光下照射6h，得到水凝胶。
所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
截取一张正方形不锈钢网浸入到上述剩余预聚液中，使上面均匀布满溶液，后将该不锈钢网密封置于紫外光下聚合，紫外光照射时间为6h，水凝胶厚度为300nm，得到油水分离器。
实施例2
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
淀粉9份、丙烯酰胺份40份、丙烯酸20份、壳聚糖8份、盐酸1份、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.05份和水90份。
所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉，丙烯酰胺和丙烯酸溶解到水中，在99℃下加热60min，得到透明混合液；
(2)量取一定量的盐酸加入到步骤(1)得到的透明混合液中，调节其pH为酸性后将壳聚糖加入其中，并通入氮气继续在99℃下加热搅拌30min，使壳聚糖全部溶解得到极为粘稠的混合液，再加入2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮置于暗处冷却至室温得到预聚液；
(3)将步骤(2)中的部分预聚液密封在长为40mm，宽为25mm，高为25mm的长方体模具中，在紫外光下照射18h，得到水凝胶。
所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
截取一张正方形不锈钢网浸入到上述剩余预聚液中，使上面均匀布满溶液，后将该不锈钢网密封置于紫外光下聚合，紫外光照射时间为18h，水凝胶厚度为500μm，得到油水分离器。
实施例3
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
琼脂0.3份、丙烯酰胺1份、丙烯酸1.5份、壳聚糖0.4份、冰醋酸0.2份、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯0.01份和水10份。
所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取琼脂、丙烯酰胺和丙烯酸溶解到水中，在80℃下加热150min，得到透明混合液；
(2)量取一定量的冰乙酸加入到步骤(1)得到的透明混合液中，调节其pH为酸性后将壳聚糖加入其中，并通入氮气继续在80℃下加热搅拌50min，使壳聚糖全部溶解得到极为粘稠的混合液，再加入2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯置于暗处冷却至室温得到预聚液；
(3)将步骤(2)中的部分预聚液密封在高为5mm，底面直径为3mm的圆柱体模具中，在紫外光下照射12h，得到水凝胶。
所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
截取一张正方形尼龙网浸入到上述剩余预聚液中，使上面均匀布满溶液，后将该尼龙网密封置于紫外光下聚合，紫外光照射时间为8h，水凝胶厚度为100μm，得到油水分离器。
实施例4
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
1799型聚乙烯醇4份、丙烯酰胺20份、丙烯酸15份、壳聚糖5份、冰乙酸4份、二苯基乙酮0.03份和水80份。
所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1799型聚乙烯醇、丙烯酰胺和丙烯酸溶解到水中，在90℃下加热100min，得到透明混合液；
(2)量取一定量的冰乙酸加入到步骤(1)得到的透明混合液中，调节其pH为酸性后将壳聚糖加入其中，并通入氮气继续在90℃下加热搅拌40min，使壳聚糖全部溶解得到极为粘稠的混合液，再加入2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯置于暗处冷却至室温得到预聚液；
(3)将步骤(2)中的部分预聚液密封在高为40mm，底面直径为30mm的圆柱体模具中，在紫外光下照射8h，得到水凝胶。
所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
截取一张正方形铜网浸入到上述剩余预聚液中，使上面均匀布满溶液，后将该不锈钢网密封置于紫外光下聚合，紫外光照射时间为12h，水凝胶厚度为300μm，得到油水分离器。
实施例5
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
1797型聚乙烯醇2份、丙烯酰胺10份、丙烯酸8份、壳聚糖2份、冰乙酸2份、2-羟基-2-甲基苯丙酮0.02份和水50份。
所述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取1797型聚乙烯醇、丙烯酰胺和丙烯酸溶解到水中，在85℃下加热120min，得到透明混合液；
(2)量取一定量的冰乙酸加入到步骤(1)得到的透明混合液中，调节其pH为酸性后将壳聚糖加入其中，并通入氮气继续在85℃下加热搅拌45min，使壳聚糖全部溶解得到极为粘稠的混合液，再加入2-羟基-2-甲基苯丙酮置于暗处冷却至室温得到预聚液；
(3)将步骤(2)中的部分预聚液密封在高为20mm，底面直径为10mm的圆柱体模具中，在紫外光下照射10h，得到水凝胶。
所述油水分离器的制备方法，包括以下步骤：
截取一张正方形玻璃纤维网浸入到上述剩余预聚液中，使上面均匀布满溶液，后将该玻璃纤维网密封置于紫外光下聚合，紫外光照射时间为10h，水凝胶厚度为200μm，得到油水分离器。
实施例6
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
1797型聚乙烯醇3份、丙烯酰胺15份、丙烯酸10份、壳聚糖3份、冰乙酸3份、2-羟基-2-甲基苯丙酮0.025份和水60份。
所述水凝胶的制备方法与实施例5相同。
所述油水分离器的制备方法与实施例5相同。
对比例1
一种水凝胶，主要由以下重量份数的原料制备得到：
1797型聚乙烯醇0.01份、丙烯酰胺45份、丙烯酸35份、壳聚糖0.1份、冰乙酸9份、2-羟基-2-甲基苯丙酮0.08份和水7份。
所述水凝胶的制备方法与实施例5相同。
所述油水分离器的制备方法与实施例5相同。
与实施例5不同的是，对比例1中的各组分的重量份数不在本发明要保护的范围之内。
对比例2
一种水凝胶，除未加入1795型聚乙烯醇以外，其他操作步骤与实施例1相同。
对比例3
一种水凝胶，除未加入丙烯酸以外，其他操作步骤与实施例1相同。
试验例
对实施例1-6和对比例1-3中的水凝胶进行机械性能测试、自愈合性能测试和油水分离效率测试，测试结果如表一所示。
(1)水凝胶机械性能测试
将水凝胶制备为测试样条用于拉伸应力应变的测试，测试过程如下：将水凝胶制备为长10mm，直径为7mm的样条各5个，在室温下以30mm/min的拉伸速率用拉力机来测定所制备水凝胶的拉伸应力应变。
(2)水凝胶自愈合性能测试
将长10mm，直径为7mm自愈合水凝胶样条在室温下以30mm/min的拉伸速率，用拉力机来测定在25℃和85℃下所愈合的水凝胶的拉伸应力应变。
(3)油水分离效率测试
将油水分离器置于烧杯和布氏漏斗中间，将油水混合物从上方倾倒漏斗中，观察到未有水滴流下后，取出部分下方的水用红外测油仪测出其中油的含量，计算该油水分离器的分离效率。
表一 水凝胶的机械性能、自愈合效率和油水分离效率测试结果
Figure BDA0001867449990000171
由表一可知，实施例1-6制得的水凝胶具有优异的机械性能和自愈合性能，拉伸应变高达2800％以上，拉伸应力在162kPa以上，自愈合效率在25℃时可达40-50％，85℃时可达82％以上，实施例1-6制得的油水分离器具有优异的分离效率，分离效率高达99％以上。
对比例1与实施例5不同的是，对比例1中的各组分的重量份数不在本发明要保护的范围之内，制得的水凝胶机械性能和自愈合能力差，对比例1制得的油水分离器的油水分离效率低。
对比例2中的水凝胶，除未加入1795型聚乙烯醇以外，其他操作步骤与实施例1相同，对比例2是丙烯酸和丙烯酰胺共聚物与壳聚糖形成的静电交联水凝胶(P(AM-co-AA)/CS)；对比例3中的水凝胶，除未加入丙烯酸以外，其他操作步骤与实施例1相同，对比例3是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和壳聚糖形成的氢键交联水凝胶(PVA/PAM/CS)。结合图1及表一可知，对比例2和对比例3得到的水凝胶的机械性能和自愈合能力较差，制得的油水分离器的油水分离效率低。由此可知，单一的氢键交联水凝胶或静电交联水凝胶在机械性能、自愈合能力及油水分离效率方面较差。本发明中实施例1中形成的氢键交联网络和静电交联网络的双网络相互贯穿结构的水凝胶(PVA/P(AM-co-AA)/CS)具有优异的机械性能、自愈合能力和油水分离效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (21)

1.一种水凝胶，其特征在于，主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.08-9份、共聚单体1-60份、壳聚糖0.2-7份、pH调节剂0.1-6份、光引发剂0.001-0.05份和水8-90份；
所述共聚单体包括0.8-40重量份丙烯酰胺和0.2-20重量份丙烯酸；
所述水溶性高分子材料包括聚乙烯醇、明胶、淀粉和琼脂中的至少一种；
所述pH调节剂选自乙酸和盐酸中的一种；
所述的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性高分子材料、共聚单体和水混合，然后加入pH调节剂和壳聚糖，再加入光引发剂，避光处理后得到预聚液，紫外光照射所述预聚液，得到水凝胶。
2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶主要由以下重量份数的原料制备得到：
水溶性高分子材料0.1-4份、共聚单体1.5-45份、壳聚糖0.4-4.8份、pH调节剂0.2-4份、光引发剂0.01-0.03份和水10-80份；
所述共聚单体包括1-30重量份丙烯酰胺和0.5-15重量份丙烯酸。
3.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水溶性高分子材料为聚乙烯醇。
4.根据权利要求3所述的水凝胶，其特征在于，所述聚乙烯醇包括1795型、1797型和1799型中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述光引发剂包括2-羟基-2-甲基苯丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯和二苯基乙酮中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水溶性高分子材料、共聚单体和水是在75-99℃下进行所述混合的操作，所述水溶性高分子材料、共聚单体和水混合的时间为60-200min，加入壳聚糖后要进行加热搅拌，所述加热的温度为75-99℃，所述搅拌的时间为30-70min。
7.根据权利要求6所述的水凝胶，其特征在于，所述水溶性高分子材料、共聚单体和水混合的时间为100-150min，所述加入壳聚糖后要进行加热搅拌，所述加热的温度为80-90℃，所述搅拌的时间为40-50min。
8.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述预聚液置于长方体或圆柱体的模具中，再进行紫外光照。
9.根据权利要求8所述的水凝胶，其特征在于，所述长方体的模具的长为6-40mm，宽为3-30mm，高为1-25mm。
10.根据权利要求8所述的水凝胶，其特征在于，所述圆柱体的模具的高为5-40mm，底面直径为3-30mm。
11.如权利要求1-10任一项所述的水凝胶在制备复合网状结构材料的油水分离涂层中的应用。
12.一种油水分离器，包括载体和结合在所述载体上如权利要求1-10任一项所述的水凝胶，其特征在于，所述载体选自金属网、尼龙网、玻璃纤维网和滤纸中的一种。
13.根据权利要求12所述的油水分离器，其特征在于，所述载体为金属网。
14.根据权利要求13所述的油水分离器，其特征在于，所述金属网是不锈钢网或铜网。
15.根据权利要求12所述的油水分离器，其特征在于，所述金属网的网孔孔径为30-60μm。
16.根据权利要求15所述的油水分离器，其特征在于，所述金属网的网孔孔径为40-50μm。
17.如权利要求12所述的油水分离器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述载体浸没在所述预聚液中，使载体上均匀布满所述预聚液，然后在紫外光照射下，所述载体上的预聚液聚合成水凝胶，得到油水分离器。
18.根据权利要求17所述的油水分离器的制作方法，其特征在于，所述紫外光照射时间为6-18h。
19.根据权利要求18所述的油水分离器的制作方法，其特征在于，所述紫外光照射时间为8-12h。
20.根据权利要求17所述的油水分离器的制作方法，其特征在于，所述载体上形成所述水凝胶的厚度为300nm-500μm。
21.根据权利要求17所述的油水分离器的制作方法，其特征在于，所述载体上形成所述水凝胶的厚度为100nm-300μm。
CN201811361484.7A 2018-11-15 2018-11-15 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用 Active CN109294142B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811361484.7A CN109294142B (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811361484.7A CN109294142B (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109294142A CN109294142A (zh) 2019-02-01
CN109294142B true CN109294142B (zh) 2021-03-30

Family

ID=65144526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811361484.7A Active CN109294142B (zh) 2018-11-15 2018-11-15 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109294142B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109954453B (zh) * 2019-04-04 2021-08-06 湖北大学 一种温度响应型pnipam有机水凝胶材料及其制备方法和应用
CN110302564B (zh) * 2019-06-28 2021-02-09 陕西科技大学 一种基于纳米纤维素/瓜尔胶复合水凝胶的油水分离材料及其制备方法和应用
CN111974026B (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 北京工商大学 一种油水分离滤网及其制备方法
CN113667037B (zh) * 2021-08-19 2023-06-27 中国石油大学(华东) 一种光敏性改性壳聚糖及其制备方法和应用
CN113842675B (zh) * 2021-09-26 2024-03-15 常州大学 水下超疏油不锈钢油水分离网及其制备方法和应用
CN114656655B (zh) * 2022-03-29 2024-01-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 可见光下用于循环信息存储的油水凝胶及其制法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104140630A (zh) * 2014-07-31 2014-11-12 中国地质大学（武汉） 一种壳聚糖基双网络水凝胶及其制备方法
CN106633111A (zh) * 2017-01-11 2017-05-10 福州大学 一种高强度聚乙烯醇基双网络水凝胶的制备方法
CN108164643A (zh) * 2018-01-23 2018-06-15 湖北大学 双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6143269B2 (ja) * 2011-11-04 2017-06-07 エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ 自己組織化複合超小型ペプチドポリマーヒドロゲル

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104140630A (zh) * 2014-07-31 2014-11-12 中国地质大学（武汉） 一种壳聚糖基双网络水凝胶及其制备方法
CN106633111A (zh) * 2017-01-11 2017-05-10 福州大学 一种高强度聚乙烯醇基双网络水凝胶的制备方法
CN108164643A (zh) * 2018-01-23 2018-06-15 湖北大学 双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器

Also Published As

Publication number Publication date
CN109294142A (zh) 2019-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109294142B (zh) 一种水凝胶、油水分离器及其制备方法和应用
CN109734842B (zh) 一种透明导电柔性细菌纤维素复合材料及其制备方法
CN108164643B (zh) 双网络复合水凝胶及其制备方法以及油水分离器
CN105289316A (zh) 一种互穿网络水凝胶填充复合分离膜的制备方法
CN112480312B (zh) 一种高弹性高强度双交联多孔水凝胶的制备方法
CN108246261A (zh) 一种用于重金属砷吸附的海藻酸钠/壳聚糖水凝胶微球制备方法
CN112538133A (zh) 一种透明阻燃耐热有机玻璃板及其制备方法
CN107983303B (zh) 一种有机废水吸附降解用改性碳纤维的制备方法
CN114870412B (zh) 一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用
CN109603568B (zh) 一种高强度三网络多孔水凝胶油水分离膜的制备方法
Ge et al. Ultratough and recoverable ionogels based on multiple interpolymer hydrogen bonding as durable electrolytes for flexible solid‐state supercapacitor
CN113897011A (zh) 抗冲击柔性防护材料及其制备方法
JP2017218470A (ja) セルロースナノファイバー複合膜およびその製造方法
CN110483742B (zh) 一种磷酸酯型环氧树脂-纳米黏土水凝胶及其制法
CN110548339A (zh) 一种改性表面带负电的新型玻璃渣过滤材料的制备方法
KR20150136673A (ko) 직물-하이드로겔 복합분리막 및 직물-하이드로겔 복합분리막을 이용한 미세조류 배양방법
CN108003604B (zh) 一种光热效应型自修复电缆绝缘材料及制备方法
CN111088021B (zh) 一种低密度凝胶颗粒调驱剂及其制备方法
CN103450822A (zh) 一种用于防弹纤维粘接用热固化膜及其加工方法
CN110669305A (zh) 聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶及其制备方法和应用
CN114146694B (zh) 一种海藻酸钠/聚乙烯醇/聚丙烯酰胺/高岭土吸附材料的制备方法、产品及应用
CN1644591A (zh) 一种分子量梯度聚合物的制备方法
CN112044275B (zh) 用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜及其制备方法
CN108517050A (zh) 一种高强度纤维素导电膜的制备方法
CN115449104A (zh) 一种高强韧抗紫外的木质纤维素膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230912

Address after: 716099 Room 701, Unit 1, Dongyuan Community, Baimi Avenue, Baota District, Yan'an City, Shaanxi Province

Patentee after: Yan'an Baota District Runyang Petroleum Engineering Technology Service Co.,Ltd.

Address before: 430000 No.368 Youyi Avenue, Wuchang District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: Hubei University

TR01 Transfer of patent right