水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料，它由八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷、纖維素醚和水制成，所述八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷與纖維素醚的重量比為1∶100～200∶100。在該納米雜化材料中，八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷通過與纖維素醚之間的氫鍵作用，起到了物理交聯(lián)點的作用，使雜化材料的拉伸強度從10.5增加到17.9MPa，斷裂伸長率從10%增加到23%，且其熱失重為50%時的溫度由333.4℃升高到343.2℃。
【專利說明】水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]ー種水溶性的有機硅高分子雜化材料，涉及ー種有機硅纖維素醚納米雜化材料，屬于新材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]有機-無機硅高分子雜化材料不僅有效地整合了有機高分子材料和無機硅酸鹽材料的優(yōu)點，而且具備了母體材料原本不具有的優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)。因此，有關(guān)有機硅高分子雜化材料制備與性能的報道也層出不窮。纖維素是自然界中一種取之不盡用之不竭的可再生資源，是ー種重要的天然高分子材料，由于其具有多種結(jié)構(gòu)和功能基，易于進行物理和化學(xué)修飾，同時具有生物可降解性、生物相容性及安全性等特點，因此成為了當(dāng)前環(huán)境下最具有發(fā)展?jié)摿Φ末`類高分子材料，也是目前科研研究和技術(shù)研發(fā)的熱點。但纖維素由于存在大量的氫鍵作用，致使其不能溶解在普通溶劑中，而且也不能進行熔融加工成型，限制了其進ー步的應(yīng)用。在實驗室或在生產(chǎn)應(yīng)用中，一般都將纖維素進行醚化反應(yīng)。纖維素醚化后的產(chǎn)物即纖維素醚不僅可以溶于普通溶劑，易于成型加工，還改變了母體高分子的物理化學(xué)性質(zhì)，極大拓展了纖維素的應(yīng)用范圍。同時，纖維素醚也是一種制備有機硅高分子雜化材料常用的一種聚合物。
[0003]目前，文獻上報道的將硅引入纖維素醚體系主要有兩種方法，第一種方法是將纖維素或纖維素醚活化或溶解后，利用硅烷化試劑如三甲基氯硅烷使羥基硅烷化，但該種制備方法需要使用有機溶劑如吡啶、二甲苯和DMF，另外反應(yīng)需要較高的溫度(80-160度)。第二種方法是制備有機無機雜化材料最常用溶膠-凝膠法。即:以烷氧基硅烷與聚合物為前驅(qū)體，通過多官能團烷氧基硅烷的水解和縮合反應(yīng)，將有機硅與高聚物通過共價鍵結(jié)合起來形成有機-無機雜化材料，所制得的雜化材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等。但是，在溶膠-凝膠法中，有機硅與高分子之間以共價鍵形式產(chǎn)生了三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使雜化材料不溶解不熔融，不能再進行成型加工，因此限制了材料的進ー步廣泛應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明提供了ー種水溶性有機硅纖維素醚雜化材料。選用水溶性的聚倍半硅氧烷(OCAPS),通過物理共混的方法，將其引入水溶性的纖維素醚體系,利用OCAPS上所帶的取代基與纖維素醚中羥基的氫鍵作用，在水溶液中形成具有物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)的有機無機納米雜化材料，OCAPS在纖維素醚中分散均勻，且提高了薄膜的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，且此類有機無機雜化材料透光性良好、在室溫下能夠再溶于水、可反復(fù)成型加工。該制備方法簡單、能夠批量生產(chǎn)、緑色環(huán)保等特點將拓寬纖維素醚在化妝品、醫(yī)藥和建筑材料等方面的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于制備ー種水溶性的有機硅纖維素醚雜化材料。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:ー種水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料，它由八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷、纖維素醚和水制成，所述八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷與纖維素醚的重量比為1:100^200:1OO0
[0007]所述纖維素醚為羥乙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素羥丙基甲基纖維素、羥丁基甲基纖維素中的一種。
[0008]所述的水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料的制備方法，稱取八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷和纖維素醚，將八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷配置成質(zhì)量濃度為0.2^8 %的八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷水溶液，將纖維素醚配置成質(zhì)量濃度為廣5 %的纖維素醚水溶液，然后將八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷水溶液和纖維素醚水溶液在超聲波條件下混合，離心脫泡， 在玻璃板上流延、常溫下干燥成膜，揭下后避光保存，制成水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料。
[0009]水溶性有機硅纖維素醚醚納米雜化材料應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域和生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
[0010]本發(fā)明有益效果:在該納米雜化材料中，八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷通過與纖維素醚之間的氫鍵作用，起到了物理交聯(lián)點的作用，使雜化材料的拉伸強度從10.5增加到17.9Mpa，斷裂伸長率從10%增加到23%，且其熱失重為50%時的溫度由333.4°C升高到 343.2°C，提高了纖維素醚的力學(xué)強度和熱穩(wěn)定性；可以在較大范圍內(nèi)以任意比例混合兩者的水溶液，制成不同八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷含量的雜化薄膜材料，其中八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷與纖維素醚的重量比例范圍由1:100可增至200:100，且所制得薄膜均具有良好的透光率，透光率均在85%以上；制得的雜化材料在室溫下可再溶于水中，回收方便、 可反復(fù)成型加工，綠色環(huán)保；此類雜化材料成型方法簡便，成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，雜化材料可作為化妝品的保濕劑、建筑材料的保水劑、水乳膠涂料以及醫(yī)用材料的藥片黏結(jié)劑和用于燒傷治療的成膜劑等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為OCAPS和HEC雜化材料紅外光譜圖。從圖中可以看出，OCAPS與HEC共混后，HEC的羥基的伸縮振動峰由原來的3438 cm—1紅移至3376 cnT1，OCAPS上氨基的-NH伸縮振動吸收峰由原來的3424 cm—1紅移至3359cm—1，說明在該雜化體系中OCAPS與HEC之間形成了氫鍵作用。
[0012]圖2為OCAPS和HEC雜化材料XRD譜圖。由圖可知，OCAPS的加入，對HEC的結(jié)晶有抑制作用，雜化材料為無定形狀態(tài)，當(dāng)OCAPS含量高于30%時會在雜化體系中發(fā)生聚集現(xiàn)`象。
[0013]圖3為OCAPS和HEC雜化材料熱失重分析曲線。由圖分析可知，OCAPS的加入使雜化材料主鏈的熱失重溫度升高，熱殘余量增加。
[0014]圖4為OCAPS和HEC雜化材料DSC曲線。從圖中可以看出，0CAPS/HEC雜化材料沒有出現(xiàn)明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變和熔融峰，為無定形狀態(tài)。
[0015]圖5為OCAPS和HEC雜化材料力學(xué)性能曲線。由圖可知，OCAPS的引入不僅提高了 0CAPS/HEC雜化材料的拉伸強度，同時還改善了純HEC膜性脆的缺點，擴大了材料的使
用范圍。
【具體實施方式】
[0016]實施例1水溶性O(shè)CAPS的合成:將Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、鹽酸(36%)、甲醇按 1:0.9:7的比例(體積比)加入到500mL的圓底燒瓶中，在室溫下反應(yīng)3天，然后，放入冰箱中冷凍24h，抽濾，在40° C下真空干燥后得到八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷(0CAPS)。
[0017]實施例2
5%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取0.25g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0018]實施例3
10%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取0.5g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0019]實施例4
15%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取0.75g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0020]實施例5`
20%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取Ig OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到 120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0021]實施例6
30%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取1.5g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0022]實施例7
70%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取3.5g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0023]實施例8
100%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取5g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0024]實施例9150%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取7.5g OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0025]實施例10
200%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取IOg OCAPS和5g HEC，將兩者分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HEC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0026]實施例11
20%0CAPS/羥丙基甲基纖維素(HPMC)水溶性雜化材料的制備:稱取Ig OCAPS和5gHPMC，將其分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0027]實施例12
70%0CAPS/HPMC水溶性雜化材料的制備:稱取3.5g OCAPS和5g HPMC，將其分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶 液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0028]實施例13
100%0CAPS/HPMC水溶性雜化材料的制備:稱取5g OCAPS和5g HPMC，將其分別加入到120mL蒸餾水中，配制成水溶液，再將OCAPS的水溶液加入到HPMC溶液中，超聲使其混合均勻，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0029]上述實施例中，八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷的縮寫詞0CAPS，其全稱是Octa(3-chloroammonium-propyl) silsesquioxane。
[0030]比較例I
0%0CAPS/HEC水溶性雜化材料的制備:稱取HEC 5g加入到120mL蒸餾水中，配制成HEC的水溶液，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
[0031]比較例2
0%0CAPS/HPMC水溶性雜化材料的制備:稱取HPMC 5g加入到120mL蒸餾水中，配制成HEC的水溶液，離心脫泡，將混合溶液在玻璃板上流延，在自然狀態(tài)下干燥成膜，揭下后遮光密封保存。
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料，其特征在于:它由八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷、纖維素醚和水制成，所述八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷與纖維素醚的重量比為 1:100~200:100。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料，其特征在于:所述纖維素醚為羥乙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、乙基羥乙基纖維素、羥丙基纖維素羥丙基甲基纖維素、羥丁基甲基纖維素中的一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料的制備方法，其特征在于:稱取八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷和纖維素醚，將八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷配置成質(zhì)量濃度為0.2-8 %的八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷水溶液，將纖維素醚配置成質(zhì)量濃度為 rs %的纖維素醚水溶液，然后將八聚氯化銨丙基倍半硅氧烷水溶液和纖維素醚水溶液在超聲波條件下混合，離心脫泡，在玻璃板上流延、常溫下干燥成膜，揭下后避光保存，制成水溶性有機硅纖維素醚納米雜化材料。
4.如權(quán)利要求1中所述的水溶性有機硅纖維素醚醚納米雜化材料應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域和生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
【文檔編號】C08J5/18GK103601917SQ201310411784
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】張曉靜, 劉瑞雪, 李剛森, 李翀, 方少明 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院