基本信息
- 项目名称：
- 超高吸水性和力学性的温敏水晶泥的研制和开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 超高吸水性和力学性的温敏水晶泥的研制和开发
- 详细介绍：
- 超高吸水性和力学性的温敏水晶泥的研制和开发
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 制备得到一种广泛用于造林、园林维护、花卉种植的水晶泥，使其既具有超高的吸水性，又具有良好的力学性能和快速的温度敏感性，克服传统水晶泥溶胀后力学性能差，无敏感性能的缺点。利用水凝胶良好的吸水溶胀特性，无机纳米粉体(硅酸镁锂)的高亲水性和物理交联作用，以异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为功能单元，将具有强保水性的蚕丝丝胶蛋白分子引入至水凝胶网络中，采用原位自由基聚合方法和半互穿网络技术（semi-IPN）制备得到具有超高吸水性和力学性的水晶泥，采用各种测试手段对所得水凝胶膜的溶胀行为、力学性能和温度敏感性等进行研究，确定最佳投料比和交联剂用量。
科学性、先进性
- 本作品采用无机纳米粉体硅酸镁锂作为物理交联剂，N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）作为温敏单体、良好亲水性和生物相容性的蚕丝丝胶蛋白质作为第二网络，利用半互穿网络技术，制备得到具有优异的机械性能和超高吸水性的温敏水晶泥。本作品制备的水晶泥的吸水倍率是干重的100-300倍，拉伸强度可达到0.4ＭＰａ。
获奖情况及鉴定结果
- 以第二作者投递至SCI收录期刊《化学学报》一篇，论文题目《为水凝胶种类对结晶紫染料的吸附性能研究》
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 采用技术入股的方式和企业共同推广该厂品，或者直接将技术以一定价格转让给公司。
作品可展示的形式
- 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品制备的水晶泥具有高吸水率和吸色率，还具有一定的力学性能和生物降解性。本制备方法简单，条件可控、不污染环境，制备的水晶泥的吸水量和生物降解时间可由温度、pH值、交联度、水溶性生物高分子和纳米粘土用量及种类，以及反应物投料比来调节，外观颜色可由色素种类调节。本发明水晶泥可用于家庭、花卉市场和园艺等的环境装饰，以及苗木繁育、园林绿化、农业生产、生态环境治理、植被恢复等工程领域。
同类课题研究水平概述
- 水晶泥是一种能反复吸收和储存水份、养份及微量元素并可保持和缓慢释放这些养分供植物生长的高吸水性载体。水晶泥目前多在化学交联剂亚甲基双丙烯酰胺的交联作用下，在水溶液中由丙烯酸和丙烯酰胺共聚而成。然而未完全反应的MBA对植物的成长有一定副作用，所制备得到的水晶泥的吸水量也并不如产品上所说的80倍，而且溶胀后，力学性能有一定下降。另一方面，当室内外温度较高时，水晶泥中的水份挥发较快，因而导致对植物水份的供给能力下降。 目前，实验室所合成的水凝胶均可用于制备水晶泥。而现在受到普遍关注的温度敏感性水凝胶是聚（N-异丙基丙烯酰胺）(PNIPAM)。当线型PNIPAM的水溶液及交联后的PNIPAM凝胶高于32℃时，高分子链发生相转变而产生体积收缩，材料表面表现疏水性；而当温度低于32℃时，PNIPAM表现亲水性。然而PNIPAM自身存在韧性差、易碎、高交联度下透明度低、平衡溶胀度低和响应速率慢等缺点。而无机材料的引入，特别是无机纳米材料的引入能很好地改进水凝胶材料的韧性和机械强度，同时又可以发挥无机纳米材料自身的作用。宋红艳等将由十六烷基三甲基溴化铵改性的钠基黏土加入到NIPAM、丙烯酸(AAc)和化学交联剂的混合溶液中，得到的产物平衡溶胀率、压缩强度、压缩屈服力大幅提高。但其强度和吸水性等仍较差。 日本的Haraguchi等在充分分析了以化学方式形成水凝胶的结构特点，从聚合物网络设计角度出发，提出了新的构思，即在制备过程中，采用直径约25nm的无机粘土（合成锂皂石,Hectorite）作为物理交联剂，完全替代化学交联剂，而不是仅作为填充剂，制备PNIPAM水凝胶，所得凝胶网络结构均匀，相变温度范围窄，力学性能、透光度、响应速率和回复率大幅提高。 为进一步提高水晶泥的吸水性和生物降解性，本作品采用蚕丝丝胶蛋白（Sericin）进入PNIPAM水凝胶网络。丝胶蛋白是一种天然球蛋白质，其中丝氨酸占1/3左右，极性侧链氨基酸约为非极性侧链氨基酸的3倍，具有强很好的保湿性、吸水性、抗氧化性、抗菌性和防紫外线等性质，可被生物降解。
