本发明专利技术公开了一种结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法。该纳米复合材料包括接枝单体不同的结构可控纤维素接枝共聚物和蒙脱土，由纤维素接枝侧链与蒙脱土插层而生成，其特征是纤维素接枝共聚物位于蒙脱土片层间，纤维素接枝侧链的结构通过调节原子转移自由基聚合反应时间控制。其制备方法是：在离子液体中通过均相酰化反应制备出纤维素大分子引发剂，在催化剂作用下引发原子转移自由基聚合反应，同时发生聚合物原位插层反应，得到结构可控的纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料。本发明专利技术方法简单、工艺条件温和，所制备的复合材料对重金属离子、有机污染物、染料等有优良的吸附性能，可用于废水处理领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子纳米复合新材料领域，具体涉及ー种结构可控纤维素共聚物/蒙脱土复合材料及其制备方法，它是由纤维素与功能単体通过原子转移自由基聚合接枝共聚的同时与蒙脱土进行插层制得的高分子纳米复合新材料。
技术介绍
纤维素是地球上最丰富的天然高分子材料，具有无毒、价格低廉、生物可降解及生物相容性好等优点，是ー种环境友好型材料。纤维素 具有多毛细管、多孔及比表面积大的特点，有一定吸附能力。但天然纤维自身的吸附能力并不强，通过纤维素分子中羟基的改性引入具有较强吸附性能的官能团，可提高其吸附能力。接枝共聚方法改性纤维素，可使制得纤维素功能材料既保有纤维素本身的特性，如无毒、生物可降解，还可使其兼有高分子聚合物的特性，如高机械强度、高吸附性、易再生回收等。目前应用最广泛的接枝改性方法是自由基聚合，然而传统的自由基聚合存在很多问题，如慢引发、快速链增长、易发生链转移和链終止，以及由此导致的自由基聚合过程失去控制的问题，使得聚合产物分子量分布变宽，分子量大小和分子结构也难以控制，有时在聚合过程中甚至会发生支化、交联等反应。公开号为CN102430390A的中国专利，公开了ー种改性纳米纤维素吸附剂及其制备方法。制备过程中以无水吡啶为溶剤，对人类健康及环境会带来危害。公开号为CN101058066的中国专利公开了ー种纤维素吸附剂的制备方法，制备的纤维素吸附剂所用原料为蔗渣浆纤维素，来源丰富且价格低廉。但这种方法制备的纤维素基吸附剂结构及分子量均不可控，吸附剂的质地不均、性质也不稳定。原子转移自由基聚合(ATRP)则可克服这些问题。ATRP是ー种活性/可控的接枝改性方法，此方法合成的高分子聚合物具有结构可控、分子量分布较窄的特性。蒙脱土是ー种常见的具有片状结构的无机粘土材料，主要成分是蒙脱石，天然蒙脱石具有较大比表面积和离子交換容量，常被用来做吸附重金属离子和染料的吸附剂。如果将接枝结构可控的纤维素共聚物与蒙脱土插层复合用作吸附剂，不但可以大大增强材料的吸附容量，还可同时实现多种吸附功能，将为吸附剂开辟新的发展方向，但目前现有技术中尚未出现将结构可控纤维素接枝共聚物和蒙脱土等无机材料相结合的复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法。本专利技术的技术构思是通过原子转移自由基聚合反应与原位聚合插层反应相结合，使得纤维素侧链结构可控，并实现共聚物与蒙脱土的插层，所制得的纳米复合材料结构可控，蒙脱土以插层或剥离状态分布，在废水处理等方面具有很好的应用前景。本专利技术所采用的技术方案为在离子液体中通过均相酰化反应制备出纤维素大分子引发剂，在催化剂作用下引发原子转移自由基聚合反应，同时发生単体原位聚合插层反应，得到结构可控的纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料。本专利技术具体方法如下 将纤维素溶于离子液体制得重量百分含量为2%-30%的纤维素溶液，然后加入1-12倍摩尔比的酰化试剂在25-70°C下反应2-96 h，经洗涤干燥后制得纤维素大分子引发剂。将蒙脱土预先分散在单体中制成重量百分含量为1-10%的悬浮液，一定量纤维素大分子引发剂溶解后在氮气保护下先后加入预先分散蒙脱土的単体溶液、配体、催化剂，在氮气气氛下密封，25-120°C油浴中进行原子转移自由基聚合和原位聚合插层反应O. 5-48 h，经过滤、洗涤、干燥后得到结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料。 其中，纤维素大分子引发剂取代度为O. 3-2. 4，所述的大分子引发剂、催化剂、配体、可聚合单体的摩尔比为I: (1-4) : (1-8) : (50-600)。所述离子液体为I-烯丙基-3-甲基咪唑氯或是I- 丁基-3-甲基咪唑氯。所述酰化试剂为2-溴丙酰溴、2-溴异丁酰溴、2-氯こ酰氯、2-氯丙酰氯。所述单体为丙烯酸酷、取代丙烯酸酯、功能化丙烯酸酯、丙烯酰胺、こ烯基咪唑、こ烯基吡啶、こ烯基-吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酷。所述配体为ニ联吡啶、四甲基こニ胺、五甲基ニこ烯基三胺。所述催化剂为卤代亚铜，氯化亚铜、溴化亚铜。溶解纤维素大分子引发剂的溶剂为四氢呋喃、N，N’ - ニ甲基甲酰胺、ニ甲基亚砜、I-烯丙基3-甲基咪唑氯、I-丁基-3-甲基咪唑氯。所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料，纤维素接枝共聚物含量70%-98%，纤维素接枝侧链分子量分布在2. O以下。所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料可用于废水中重金属离子、染料、有机污染物的吸附。本专利技术中纤维素接枝率采用如下称重法计算 GP (%) = [ (W1-W0-Wm) /W0] X 100% 其中GP为纤维素接枝率，W1为得到的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料的重量，Wtl为纤维素大分子引发剂重量，Wm为复合材料中蒙脱土重量，复合材料中蒙脱土重量通过热重分析測定。本专利技术具有以下优点。I.本专利技术通过均相原子转移自由基聚合技术可实现功能単体在纤维素侧链的可控接枝聚合，与功能単体原位聚合插层反应相结合，使得可控接枝聚合与插层反应同时进行成为可能。2.本专利技术采用均相原子转移自由基聚合技术实现功能単体的可控接枝聚合与功能単体原位聚合插层反应同时进行，采用的エ艺简单，反应条件温和，易于操作。3.本专利技术的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料结合了纤维素接枝聚合物的功能性，原子转移自由基聚合技术的可控性和插层蒙脱土的高吸附性能三重特性，对重金属离子、有机污染物、染料等有优良的吸附性能，将在废水处理领域具有更广泛的应用前景。4.本专利技术制备的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料，在做为吸附剂使用后易于回收，不会造成二次污染。5.由于本专利技术使用的离子液体不仅无挥发性，且可以通过简单的蒸馏方式除去水分后回收循环使用，因此既可以实现绿色制备エ艺，又可减低成本。附图说明图I为纤维素-g_聚甲基丙烯酸甲酯(a)、纤维素-g_聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土(b)、纤维素(C)、纤维素大分子引发剂(d)的红外谱图。图2为纤维素-g_聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土(a)、蒙脱土(b)的XRD图。 图3侧链聚甲基丙烯酸甲酯分子量(GPC測定)与单体转化率的关系曲线。从图I可以看出，纤维素大分子引发剂⑷相对于纤维素(C)在1735，1450 cnT1处出现了新的振动吸收峰分别为羰基(C=O)和溴异丁酰基中甲基的振动吸收峰。这表明已成功制得纤维素大分子引发剂。纤维素-g-聚甲基丙烯酸甲酷/蒙脱土(b)相对于纤维素-g-聚甲基丙烯酸甲酯(a)在1040 Cm—1出现了 Si-O-Si的振动吸收峰，在1733，1450cm-1出现了纤维素接枝共聚物羰基(C=O)和甲基的特征吸收峰，这表明已成功制得纤维素-g_聚甲基丙烯酸甲酷/蒙脱土复合材料。从图2可以看出晶体的层间距増大，这表明共聚物侧链进入了蒙脱土的层状结构中，形成了插层的纤维素-g_聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土复合材料。从图3可以看出，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量与单体转化率呈现出良好的线性关系，且分子量分布较窄，保持I. 8以下。这表明甲基丙烯酸甲酯的原子转移自由基聚合反应是ー个活性可控的过程。具体的实施方法 下面给出实施例以对本专利技术进行更详细的说明，有必要指出的是以下实施例不能理解为对本专利技术保护范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土纳米复合材料，其特征在于结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料包括接枝単体不同的结构可控纤维素接枝共聚物和蒙脱土，两组分所占总重量百分比分别为结构可控接枝共聚物70-98%，蒙脱土 2-30%，结构可控纤维素接枝共聚物位于蒙脱土片层间；以上百分比均为重量百分比。2.根据权利要求I所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料，其特征是所述蒙脱土为天然未改性蒙脱土，水洗除杂，干燥后直接使用。3.根据权利要求I所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料，其特征是纤维素为天然纤维素，选自棉纤维、木浆纤维、竹纤维或麻纤维中的任一种；纤维素聚合度く 800。4.根据权利要求I所述的结构可控纤维素接枝共聚物/粘土复合材料，其特征是纤维素接枝侧链的结构通过调节原子转移自由基聚合反应时间控制。5.根据权利要求I或4所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料，其特征是所述的接枝单体是丙烯酸酯、取代丙烯酸酯、功能化丙烯酸酯、丙烯酰胺、こ烯基咪唑、こ烯基吡啶、こ烯基-吡咯烷酮、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任ー种。6.根据权利要求I或4所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料，其特征在于结构可控纤维素接枝共聚物分子量分布在2. O以下。7.—种权利要求I所述的结构可控纤维素接枝共聚物/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤将纤维素溶于离子液体制得重量百分比为为2%-30%的纤维素溶液，然后加入1-12倍摩尔比的酰化试剂在25-70°C下反...
【专利技术属性】
技术研发人员：武荣兰，郑燕坪，徐世美，王吉德，田玲园，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：
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