【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及吸水材料，特別是涉及一種溫敏型堿致變色雙層水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鹽堿地主要分布在降水量小，蒸發(fā)量大的干旱和半干旱地區(qū)。鹽堿土形成的根本原因在于水分狀況不良，所以在改良初期，重點一般放在改善土壤的水分狀況上面。高吸水性聚合物在土壤荒漠化治理和鹽堿地改良具有舉足輕重的作用，但如今市面上的高吸水性聚合物在性能方面有較大的不足。所以制備一種兼具溫敏性、高吸水率、良好耐鹽性、并可通過ph響應(yīng)的變色效應(yīng)來檢測鹽堿化水平的材料對荒漠化與鹽堿地治理有重要的意義。
2、現(xiàn)有的鹽堿地改良與鹽堿度檢測的技術(shù)大多是獨立使用的，少有將兩者結(jié)合起來的多功能材料。并且鹽堿改良常用的化學(xué)改良劑主要作用在于降低土壤ph值鈉離子，碳酸根離子和碳酸氫根離子的含量，而不能改善鹽堿地干旱缺水的問題。因此，研發(fā)一種兼具鹽堿地改良與檢測，且具有吸水保水能力的改良劑，對鹽堿地的改良具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對當前研究現(xiàn)狀的不足，本專利技術(shù)提供了一種溫敏型堿致變色雙層水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案之一：一種溫敏型堿致變色雙層水凝膠，所述水凝膠包括變色層凝膠和吸水層凝膠；所述變色層凝膠的制備單體包括丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯，所述吸水層凝膠的原料包括甲基纖維素、丙烯酸和中和劑。
3、進一步地，所述變色層凝膠中丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯的單體摩
4、本專利技術(shù)技術(shù)方案之二：一種根據(jù)上述所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠的制備方法，所述變色層凝膠和吸水層凝膠均在交聯(lián)劑及引發(fā)劑作用下通過自由基聚合法得到，具體包括以下步驟：
5、(1)用水分散甲基纖維素，得到甲基纖維素分散液；將中和劑與丙烯酸混合中和反應(yīng)，得到丙烯酸溶液；將交聯(lián)劑、引發(fā)劑和所述丙烯酸溶液加入所述甲基纖維素分散液中，聚合反應(yīng)，得到吸水層凝膠；
6、(2)將丙烯酰胺、2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯、交聯(lián)劑和引發(fā)劑溶解于水中，得到變色層凝膠前驅(qū)液，然后置于步驟(1)所得吸水層凝膠的表面，繼續(xù)聚合反應(yīng)后得到所述溫敏型堿致變色雙層水凝膠。
7、利用兩性離子聚合物的反聚電解質(zhì)作用提高耐鹽性，使用的單體上有大量的羧基，羥基、和磺酸基等親水基團，可以極大的提升聚合物的吸水性能；本專利技術(shù)制備的吸水層凝膠有良好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于水分的進入。經(jīng)檢測，吸水層凝膠可吸收超過自身重量306倍以上的自來水、1859倍以上的去離子水和131倍以上的0.9％的氯化鈉溶液，且具有溫度響應(yīng)性，低臨界相變溫度為40℃。
8、進一步地，步驟(1)及步驟(2)中，所述交聯(lián)劑均為n,n-亞甲基雙丙烯酰胺，所述引發(fā)劑均為過硫酸鉀和/或過硫酸銨；
9、步驟(1)中，所述交聯(lián)劑的用量為丙烯酸質(zhì)量的0.03％～0.1％；優(yōu)選地，交聯(lián)劑的用量為丙烯酸質(zhì)量的0.03％～0.07％；更優(yōu)選地，交聯(lián)劑的用量為丙烯酸質(zhì)量的0.03～0.04％；引發(fā)劑用量為丙烯酸質(zhì)量的0.2％～1％；優(yōu)選地，引發(fā)劑的用量為丙烯酸質(zhì)量的0.3％～0.7％；更優(yōu)選地，引發(fā)劑的用量為丙烯酸質(zhì)量的0.5～0.6％；步驟(2)中，所述交聯(lián)劑的用量為丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯總質(zhì)量的0.05～0.09％，所述引發(fā)劑的用量為丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯總質(zhì)量的0.2～0.8％。
10、進一步地，步驟(1)及步驟(2)中，所述聚合反應(yīng)的溫度均為65～80℃；步驟(1)中聚合反應(yīng)的時間為2.5～3.5h，步驟(2)中聚合反應(yīng)的時間為3～4h。
11、本專利技術(shù)利用水溶液聚合法制備凝膠，因此選用水溶性引發(fā)劑。本專利技術(shù)反應(yīng)溫度為65～80℃，屬于中溫范圍，因此選用過硫酸鹽類引發(fā)劑。
12、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺能與丙烯酸單體進行自由基共聚反應(yīng)，并在反應(yīng)中引入交聯(lián)點，從而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。n,n-亞甲基雙丙烯酰胺分子中含有兩個丙烯酰胺基團，可以與丙烯酸單體中的雙鍵反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠增強樹脂的力學(xué)強度和化學(xué)穩(wěn)定性，同時也能控制其吸水性能和滲透性。因此，采用n,n-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑。
13、甲基纖維素(mc)是通過醚化在纖維素中引入甲基而制成的一種纖維素甲基醚，其中纖維素的羥基(-oh)基團被甲氧基(-ch3o)取代。其來源于天然纖維素，因而具有良好的水溶性、生物降解性及生物相容性。由于甲氧基團的疏水性，甲基纖維素通過疏水相互作用表現(xiàn)出獨特的熱響應(yīng)性，具有低臨界相變溫度(lcst)，當溫度低于其lcst時，聚合物在溶液中溶解而成均相，而當溫度高于lcst時，體系的熵變化，聚合物發(fā)生相分離，溶液呈乳白狀或不透明狀。隨著溫度的變化，發(fā)生溶液-凝膠狀的相互轉(zhuǎn)變。這種溫度敏感性導(dǎo)致的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，可通過控制取代程度、分子量、濃度以及加入鹽的種類和量來實現(xiàn)。此外，作為一種非離子纖維素醚，其水溶液在ph為2-12范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
14、兩性離子聚合物的結(jié)構(gòu)特征是同一個重復(fù)單元中，正電荷和負電荷同時位于一對陽離子和陰離子基團上，因此，兩性離子聚合物具有較大的偶極矩和大量的帶電基團，相反帶電基團的共存賦予了聚合物極高的極性和優(yōu)異的親水性，且具有生物相容性和環(huán)境響應(yīng)性。聚合物的電性可以進一步受環(huán)境ph和鹽離子的調(diào)節(jié)，獨特的抗聚電解質(zhì)作用使其在高鹽環(huán)境領(lǐng)域得到了重要應(yīng)用。其中，2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯是一種吡啶-磺酸型兩性離子單體，其結(jié)構(gòu)中含有苯乙烯和吡啶基團，使其能夠在兩性離子和復(fù)離子之間進行可逆的分子內(nèi)轉(zhuǎn)化，兩性離子和苯乙烯基之間存在三種不同的分子內(nèi)電荷分布，從而引發(fā)可逆的ph響應(yīng)性顏色變化。此外，還可與堿性物質(zhì)反應(yīng)形成結(jié)構(gòu)復(fù)合物，并在鹽堿化后降解為水溶性、富含氮鹽的成分，為植物的生長提供氮肥。
15、進一步地，還包括用無水乙醇洗滌、剪碎烘干的步驟。
16、本專利技術(shù)技術(shù)方案之三：一種根據(jù)上述所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠在土壤鹽堿化檢測中的應(yīng)用。
17、本專利技術(shù)技術(shù)方案之四：一種土壤鹽堿化檢測指示劑，包括上述所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠。
18、本專利技術(shù)技術(shù)方案之五：一種根據(jù)上述所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠在鹽堿地改良中的應(yīng)用。
19、本專利技術(shù)技術(shù)方案之六：一種鹽堿地改良劑，包括權(quán)利要求1～2任一項所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠。...
【技術(shù)保護點】
1.一種溫敏型堿致變色雙層水凝膠，其特征在于，所述雙層水凝膠包括變色層凝膠和吸水層凝膠；所述變色層凝膠的制備單體包括丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯，所述吸水層凝膠的原料包括甲基纖維素、丙烯酸和中和劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠，其特征在于，所述變色層凝膠中丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯的單體摩爾比為1:(0.5～1.5)；所述甲基纖維素用量為丙烯酸質(zhì)量的4％～8％；按照丙烯酸的中和度為45％～75％，添加所述中和劑；所述中和劑包括氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠的制備方法，其特征在于，所述變色層凝膠和吸水層凝膠均在交聯(lián)劑及引發(fā)劑作用下通過自由基聚合法得到，具體包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(1)及步驟(2)中，所述交聯(lián)劑均為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，所述引發(fā)劑均為過硫酸鉀和/或過硫酸銨；
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫敏
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1～2任一項所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠在土壤鹽堿化檢測中的應(yīng)用。
7.一種土壤鹽堿化檢測指示劑，其特征在于，包括權(quán)利要求1～2任一項所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1～2任一項所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠在鹽堿地改良中的應(yīng)用。
9.一種鹽堿地改良劑，其特征在于，包括權(quán)利要求1～2任一項所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種溫敏型堿致變色雙層水凝膠，其特征在于，所述雙層水凝膠包括變色層凝膠和吸水層凝膠；所述變色層凝膠的制備單體包括丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯，所述吸水層凝膠的原料包括甲基纖維素、丙烯酸和中和劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠，其特征在于，所述變色層凝膠中丙烯酰胺和2-(1-(4-乙烯基苯甲基)吡啶-1-基)-乙烷-1-磺酸酯的單體摩爾比為1:(0.5～1.5)；所述甲基纖維素用量為丙烯酸質(zhì)量的4％～8％；按照丙烯酸的中和度為45％～75％，添加所述中和劑；所述中和劑包括氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫敏型堿致變色雙層水凝膠的制備方法，其特征在于，所述變色層凝膠和吸水層凝膠均在交聯(lián)劑及引發(fā)劑作用下通過自由基聚合法得到，具體包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張文旭，張宏玲，張夢月，吳亮亮，馬梓芮，王蓉，雷自強，馬國富，
申請(專利權(quán))人：西北師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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