一种聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，步骤为：步骤1、称取原料，步骤2、利用步骤1中称取原料制备聚丙烯酸；步骤3、分别称取纳米纤维素、步骤2中制备得到的聚丙烯酸、质量分数为95％乙醇；步骤4、将步骤3中称取的纳米纤维素、聚丙烯酸、乙醇混合，经反应后得到聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液；将聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液进行离心处理得到聚丙烯酸改性纳米纤维素；将聚丙烯酸改性纳米纤维素采用无水乙醇洗涤后烘干，得到聚丙烯酸改性的纳米纤维素。能有效地解决纳米纤维素之间因氢键作用而发生的团聚的问题，也容易使其能在水中有较好的溶解性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法
本专利技术属于纳米材料制备方法
，具体涉及聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法。
技术介绍
纳米纤维素是由天然纤维素经过一系列物理化学处理得到，直径一般在1-100nm,长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素。由于纳米纤维素分子间近乎完美的排列,纳米纤维素的强度接近与邻近原子间的键合力,其强度、电学、光学和磁学性能都有显著的改变。研究表明，纳米纤维素不仅有天然纤维素的基本结构和性能，如：生物降解性、可持续再生性和生物相容性，还具质轻、高强度、较大的表面积、较高的杨氏模量、高结晶度及高透明性等。将纳米纤维素作为增强相，可广泛应用于复合材料领域，能改善材料的力学、光学、热学及电学性能。由于纳米纤维素表面存在着丰富的羟基，在干燥状态下纳米纤维素表面间会形成强烈的氢键，这种氢键作用的强度仅次于化学键的作用。一旦干燥的成粉末的纳米纤维素晶体之间形成氢键，纳米纤维素晶体之间就形成团聚，很难用物理方法把它们再分散。为了阻止纳米纤维之间的团聚，使其能均匀地再分散在水中，必须对其表面进行化学修饰。RAFT聚合具有可控性好、适用单体选择范围广、反应条件温和等优点，故其不仅被广泛地用于制备含有特殊结构和功能的高分子聚合物，而且在固相载体表表面接枝方面得到了广泛应用。在中国专利(申请号201610555764.6)中，利用RAFT聚合合成的带有环氧基团的含氟两亲性嵌段共聚物，将含氟两亲性嵌段共聚物接枝到纳米纤维素，对其表面进行改性，使其具有一定的疏水性，克服了纳米纤维素亲水性强及易团聚的问题，有效提高了纳米纤维素的应用性能。Wang等人通过RAFT聚合法合成三嵌段共聚物聚(甲基丙烯酸甲酯)-b-聚(缩水甘油基甲基丙烯酸酯)-b-聚(甲基丙烯酸叔丁酯)，将其接枝到纳米纳米纤维素表面。研究表明：经改性过后的纳米纤维素具有两亲性，能很好的分散在水和四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺以及氯仿等有机溶剂中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，能有效地解决纳米纤维素之间因氢键作用而发生的团聚的问题，也容易使其能在水中有较好的溶解性。本专利技术所采用的技术方案是，聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，步骤2、利用步骤1中称取的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)、丙烯酸及反应用溶剂制备聚丙烯酸；采用正己烷对得到的聚丙烯酸进行提纯，再进行干燥处理，得到纯聚丙烯酸；步骤3、经步骤2后，按质量比为1：1～5：100分别称取纳米纤维素、步骤2中制备得到的聚丙烯酸、质量分数为95％乙醇；步骤4、将步骤3中称取的纳米纤维素、聚丙烯酸、乙醇混合，经反应后得到聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液；将聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液进行离心处理得到聚丙烯酸改性纳米纤维素；将聚丙烯酸改性纳米纤维素采用无水乙醇洗涤后烘干，得到聚丙烯酸改性的纳米纤维素。本专利技术的特点还在于：所述的步骤1中各原料具体的称取量为，4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)的质量比为1：2～8；所述的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和丙烯酸的质量比为1：20～100；所述的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和反应用溶剂的质量比为1：400～2000；所述的反应用溶剂采用1，4-二氧六环、苯或DMF(N，N-二甲基甲酰胺)。所述的步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、于室温条件下，将步骤1中称取的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)、丙烯酸及反应用溶剂一起添加到三口烧瓶中；三口烧瓶内装有磁子，且三口烧瓶分别连接温度计、回流冷凝管、导气管；设置搅拌速度为200-400r/min；步骤2.2、经步骤2.1后，向三口烧瓶中通氩气30～60min，将三口烧瓶加热至70℃～80℃，使三口烧瓶内的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)及丙烯酸于氩气保护下进行反应，反应时间为6h～10h，得到聚丙烯酸；步骤2.3、采用正己烷对经步骤2.2得到的聚丙烯酸进行提纯，再经烘干处理后，得到纯聚甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯。所述的步骤2.3具体步骤为：步骤2.3.1、经步骤2.2后，量取正己烷与聚丙烯酸的体积比为3～5∶1；步骤2.3.2、将聚丙烯酸在磁力搅拌下滴加到步骤2.3.1中量取的正己烷A中，滴加完毕后静置，使提纯出的产物充分沉降，滤去上清液，得到纯聚丙烯酸；步骤2.3.3、将经步骤2.3.2得到的纯聚丙烯酸于真空状态下干燥处理，得到干燥后的纯聚丙烯酸；干燥处理时间控制在3h～6h。所述的步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1、将步骤3中称取的纯聚丙烯酸和量取的95％乙醇一起加入到三口烧瓶中，预水解20～40min；步骤4.2、将步骤3中称取的纳米纤维素和将步骤4.1.1中分出的剩余的95％乙醇加入烧杯中，在磁力搅拌下搅拌1h～4h，制备得到纳米纤维素的分散液；步骤4.3、将步骤4.2中纳米纤维素的分散液加入到步骤4.1中的三口烧瓶中。将三口烧瓶置于水浴中，将水浴温度升至60～80℃，使三口烧瓶中的纯聚丙烯酸与纳米纤维素发生反应，反应时间为2～6h，得到聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液；步骤4.4、采用离心装置对经步骤4.3得到的聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液离心处理5～20min，离心装置转速为5000～8000rpm，得到聚丙烯酸改性纳米纤维素聚丙烯酸改性纳米纤维素；步骤4.5、经步骤4.4得到的聚丙烯酸改性纳米纤维素聚丙烯酸改性纳米纤维素采用无水乙醇洗涤后于真空条件下干燥12～24h，得到聚丙烯酸表面接枝改性的纳米纤维素。所述的步骤4.1具体按照以下步骤实施：步骤4.1.1、将步骤3中称取的95％乙醇的分为2等份，步骤4.1.2、将步骤3中称取的纯聚丙烯酸和步骤4.1.1中分出的其中一份95％乙醇加入三口烧瓶中，在磁力搅拌下，水解10～30min。所述的步骤4.5具体按照以下步骤实施：步骤4.5.1、按步骤4.4中聚丙烯酸改性纳米纤维素聚丙烯酸改性纳米纤维素的质量称取无水乙醇，聚丙烯酸改性纳米纤维素聚丙烯酸改性纳米纤维素与无水乙醇的质量比为1：5～10；步骤4.5.2、在磁力搅拌下，将聚丙烯酸改性纳米纤维素聚丙烯酸改性纳米纤维素添加到无水乙醇中，添加完毕后静置，便于产物充分沉降，滤去上清液，完成洗涤；步骤4.5.3、将步骤4.5.2洗涤后的产物于60～80℃真空条件下干燥处理12～24h，得到聚丙烯酸改性的纳米纤维素。本专利技术的有益效果在于：(1)在本专利技术聚丙烯酸改性纳米纤维素的方法中，采用丙烯酸作为单体，利用含硅氧烷官能团的RAFT试剂，采用可逆加成-断裂解链转移聚合法(RAFT)，合成聚丙烯酸并将其作为一种改性剂用于纳米纤维素的表面改性。(2)在本专利技术聚丙烯酸改性纳米纤维素的方法中，将聚丙烯酸通过其末端含有的硅氧烷官能团与纳米纤维素上的羟基反应，将聚丙烯酸接枝到纳米纤维素，对其表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，步骤2、利用步骤1中称取的4，4′‑偶氮(4‑氰基戊酸)(V501)、S‑苯甲基S’‑三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)、丙烯酸及反应用溶剂制备聚丙烯酸；采用正己烷对得到的聚丙烯酸进行提纯，再进行干燥处理，得到纯聚丙烯酸；步骤3、经步骤2后，按质量比为1：1～5：100分别称取纳米纤维素、步骤2中制备得到的聚丙烯酸、质量分数为95％乙醇；步骤4、将步骤3中称取的纳米纤维素、聚丙烯酸、乙醇混合，经反应后得到聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液；将聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液进行离心处理得到聚丙烯酸改性纳米纤维素；将聚丙烯酸改性纳米纤维素采用无水乙醇洗涤后烘干，得到聚丙烯酸改性的纳米纤维素。

【技术特征摘要】
1.聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，步骤2、利用步骤1中称取的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)、丙烯酸及反应用溶剂制备聚丙烯酸；采用正己烷对得到的聚丙烯酸进行提纯，再进行干燥处理，得到纯聚丙烯酸；步骤3、经步骤2后，按质量比为1：1～5：100分别称取纳米纤维素、步骤2中制备得到的聚丙烯酸、质量分数为95％乙醇；步骤4、将步骤3中称取的纳米纤维素、聚丙烯酸、乙醇混合，经反应后得到聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液；将聚丙烯酸改性纳米纤维素分散液进行离心处理得到聚丙烯酸改性纳米纤维素；将聚丙烯酸改性纳米纤维素采用无水乙醇洗涤后烘干，得到聚丙烯酸改性的纳米纤维素。2.根据权利要求1所述的聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中各原料具体的称取量为，4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)的质量比为1：2～8；所述的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和丙烯酸的质量比为1：20～100；所述的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)和反应用溶剂的质量比为1：400～2000；所述的反应用溶剂采用1，4-二氧六环、苯或DMF(N，N-二甲基甲酰胺)。3.根据权利要求1所述的聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于，所述的步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、于室温条件下，将步骤1中称取的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)、丙烯酸及反应用溶剂一起添加到三口烧瓶中；三口烧瓶内装有磁子，且三口烧瓶分别连接温度计、回流冷凝管、导气管；设置搅拌速度为200-400r/min；步骤2.2、经步骤2.1后，向三口烧瓶中通氩气30～60min，将三口烧瓶加热至70℃～80℃，使三口烧瓶内的4，4′-偶氮(4-氰基戊酸)(V501)、S-苯甲基S’-三甲氧基硅基丙基三硫代碳酸酯(BTPT)及丙烯酸于氩气保护下进行反应，反应时间为6h～10h，得到聚丙烯酸；步骤2.3、采用正己烷对经步骤2.2得到的聚丙烯酸进行提纯，再经烘干处理后，得到纯聚甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯。4.根据权利要求3所述的聚丙烯酸表面接枝改性纳米纤维素的制备方法，其特征在于，所述的步骤2.3具体步骤为：步骤2.3.1、经步骤2.2后，量取正己烷与聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，姚红涛，马建中，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61