一种金属离子转移载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金属离子转移载体及其制备方法和应用，涉及金属离子应用领域。金属离子转移载体为混合溶液，混合溶液包括基材和金属离子，基材与金属离子通过配位作用结合，基材为含有羧基的水溶性化合物，混合溶液中基材与金属离子的摩尔比为30‑200:5‑30。通过调节基材(含有羧基的水溶性化合物)与金属离子的用量比例，使得水溶性化合物的部分羧基与金属离子通过配位作用结合，水溶性化合物的另一部分羧基以游离的形式存在于溶液中从而保持金属离子转移载体在较宽的pH范围内的水溶性。因此，本发明专利技术提供的金属离子转移载体不会发生中性或碱性条件下金属离子的沉淀或分布不均匀的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种金属离子转移载体及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属离子应用领域，具体而言，涉及一种金属离子转移载体及其制备方法和应用。
技术介绍
高分子成膜材料是一种通过涂布、喷涂等方式于物品表面形成一层具有一定黏合强度和机械强度的薄膜以保护物品或赋予物品表面多功能的复合材料，通常由成膜剂、着色剂、助剂和介质等组成。因此，高分子成膜材料在制造业中具有广泛的应用，如皮革涂饰材料，家具涂饰材料，橡胶涂饰材料等。由于大部分单一成分的高分子成膜材料表现出较差的机械性能或单一功能，故在实际应用中通常将多种高分子成膜材料结合使用。常用的改善高分子成膜材料机械性能、耐腐蚀、抗菌性能等的方法是掺入纳米材料改性成膜材料基体。大量报告表明，将纳米粒子(例如SiO2，ZnO，TiO2，Ag等形式的纳米粒子)掺入成膜材料基体中可以提高成膜的一种或多种性能。而纳米粒子在成膜材料基体中存在分散难度大的问题。利用金属离子与含配位基团的化合物(如含有羧基、氨基、酚羟基等基团的物质)的配位结合能力，金属离子被广泛用作许多材料结构中的交联剂以改善材料的机械性、阻燃性、抗菌性等性能。由于金属离子的耐碱性差，目前通常采用的方式是在pH为2-5的环境下，在材料中添加金属离子。但是该方法pH局限性较大，不适用于中性或碱性的材料。目前，高分子成膜材料(例如水性涂饰材料)一般pH为6-9，而大多数金属离子在此pH下会发生沉淀，很难在材料中均匀分布。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属离子转移载体及其制备方法和应用以解决上述技术问题。本专利技术是这样实现的：一种金属离子转移载体，金属离子转移载体为混合溶液，混合溶液包括基材和金属离子，基材与金属离子通过配位作用结合，基材为含有羧基的水溶性化合物，混合溶液中基材与金属离子的摩尔比为30-200:5-30。专利技术人创造性的提供了一种金属离子转移载体，该金属离子转移载体通过调节基材(含有羧基的水溶性化合物)与金属离子的用量比例，使得水溶性化合物的部分羧基与金属离子通过配位作用结合，水溶性化合物的另一部分羧基以游离的形式存在于溶液中从而保持金属离子转移载体在较宽的pH范围内的水溶性。上述金属离子转移载体可以直接用于高分子成膜材料的金属离子添加，由于上述金属离子转移载体具有游离的羧基，可以满足较宽pH范围的水溶性，因此，提供上述金属离子转移载体不会发生中性或碱性条件下金属离子的沉淀或分布不均匀的现象。经专利技术人大量的实验验证，若将金属离子直接加入高分子成膜材料(聚丙烯酸酯乳液)中，会导致其中引入的金属离子迅速发生沉淀、无法均匀分布。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述金属离子转移载体的pH为2-11。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述金属离子转移载体的pH为6-9。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述金属离子转移载体的pH为7-8。本专利技术提供的金属离子转移载体可以应用于较宽的pH范围的高分子成膜材料。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述含有羧基的水溶性化合物包括聚丙烯酸类聚合物、聚丙烯酸酯类聚合物、柠檬酸、酒石酸或羧甲基纤维素及羧甲基纤维素盐中的任一种或多种。优选地，聚丙烯酸的重均分子量为1000-125000g/mol。上述柠檬酸为无水柠檬酸，优选地，上述羧甲基纤维素(CMC)也可以是羧甲基纤维素钠。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述金属离子为二价金属离子、三价金属离子、四价金属离子或四价以上的高价金属离子；优选地，二价金属离子选自Zn2+、Cu2+、Co2+或Ni2+；三价金属离子选自Al3+、Fe3+或Cr3+；四价金属离子选自Sn4+、Ge4+、Ti4+、Zr4+。高价金属离子可以是Mn离子等。一种金属离子转移载体的制备方法，其包括如下步骤：将基材与金属离子按照摩尔比30-200:5-30混合。本专利技术提供的制备方法简单、制备成本低，可实现工业化生产与应用。在上述摩尔比下，可以保证基材有足量的羧基与所有的金属离子配位，同时基材还有剩余部分羧基保持水溶性。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述制备方法还包括：调节基材与金属离子混合后的金属离子转移载体的pH为2-11，且保持金属离子转移载体为澄清状态。优选地，pH为6-9；优选地，pH为7-8。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述制备方法还包括：调节pH后进行金属离子转移载体的浓缩；优选地，浓缩后的金属离子浓度为50-200mmol/L。一种金属离子转移载体或由上述制备方法制得的金属离子转移载体在高分子成膜材料中的应用。在本专利技术应用较佳的实施方式中，上述高分子成膜材料为水性涂饰剂。高分子成膜材料还包括聚丙烯酸酯乳液和聚氨酯乳液成膜材料。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过调节基材(含有羧基的水溶性化合物)与金属离子的用量比例，使得水溶性化合物的部分羧基与金属离子通过配位作用结合，水溶性化合物的另一部分羧基以游离的形式存在于溶液中从而保持金属离子转移载体在较宽的pH范围内的水溶性。因此，本专利技术提供的金属离子转移载体不会发生中性或碱性条件下金属离子的沉淀或分布不均匀的现象。本专利技术提供的制备方法简单、制备成本低，可实现工业化生产与应用。本专利技术提供的金属离子转移载体可以用于高分子成膜材料中金属离子的掺入。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为不同浓度的金属离子转移载体PAA-Zn在不同pH值下的溶液照片；图2为ZnSO4、聚丙烯酸(PAA)和不同量的PAA-Zn(量表示Zn离子与涂饰剂组分羧基总数的摩尔比)加入涂饰剂聚丙烯酸酯乳液(PL)中的AFM图片；由AFM图可知，Zn离子直接加入PL中会发生微量沉淀，而PAA-Zn加入PL中没有发生沉淀；图3为ZnSO4、聚丙烯酸(PAA)和不同量的PAA-Zn(量表示Zn离子与涂饰剂组分羧基总数的摩尔比)加入涂饰剂聚丙烯酸酯乳液(PL)中成膜后的拉伸性能；由拉伸性能图可知，当Zn离子与涂饰剂组分羧基总数的摩尔比小于等于1.5％时，PAA-Zn加入PL中成膜的拉伸性能随着PAA-Zn的加入增多而提高；图4为ZnSO4、聚丙烯酸(PAA)和不同量的PAA-Zn(量表示Zn离子与涂饰剂组分羧基总数的摩尔比)加入涂饰剂聚丙烯酸酯乳液(PL)中成膜后的撕裂强度；由撕裂强度图可知，当Zn离子与涂饰剂组分羧基总数的摩尔比小于等于2.0％时，PAA-Zn加入PL中成膜的撕裂强度随着PAA-Zn的加入增多而提高。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属离子转移载体，其特征在于，所述金属离子转移载体为混合溶液，所述混合溶液包括基材和金属离子，所述基材与所述金属离子通过配位作用结合，所述基材为含有羧基的水溶性化合物，所述混合溶液中所述基材与所述金属离子的摩尔比为30-200:5-30。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属离子转移载体，其特征在于，所述金属离子转移载体为混合溶液，所述混合溶液包括基材和金属离子，所述基材与所述金属离子通过配位作用结合，所述基材为含有羧基的水溶性化合物，所述混合溶液中所述基材与所述金属离子的摩尔比为30-200:5-30。


2.根据权利要求1所述的金属离子转移载体，其特征在于，所述金属离子转移载体的pH为2-11；
优选地，所述金属离子转移载体的pH为6-9；优选地，所述金属离子转移载体的pH为7-8。


3.根据权利要求2所述的金属离子转移载体，其特征在于，所述含有羧基的水溶性化合物包括聚丙烯酸类聚合物、聚丙烯酸酯类聚合物、柠檬酸、酒石酸或羧甲基纤维素及羧甲基纤维素盐中的任一种或多种；
优选地，所述聚丙烯酸的重均分子量为1000-125000g/mol。


4.根据权利要求1所述的金属离子转移载体，其特征在于，所述金属离子为二价金属离子、三价金属离子、四价金属离子或四价以上的高价金属离子；
优选地，所述二价金属离子选自Zn2+、Cu2+、Co2+或Ni2+；
所述三价金属离子选自Al3+、Fe3+或Cr3+；
所述四价金属离子选自Sn4+、Ge4+、Ti4+、Zr4+...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明津，石碧，张琦弦，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51