[发明专利]表面活性剂类聚合物凝胶和使用该凝胶分离材料的方法

说明书

本申请是申请号为03818543.1，申请日为2003年3月4日，发明名称为表面活性剂类聚合物凝胶和使用该凝胶分离材料的方法的中国专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及通过表面活性剂和可聚合有机化合物的聚合获得的具有胶束结构的聚合物凝胶，和使用该聚合物凝胶分离离子或水溶性材料的方法。

背景技术

表面活性剂分子分散在稀水溶液中，但当溶液中表面活性剂的浓度增加时，溶液的表面张力降低到在其下溶液中的表面活性剂形成聚集体的点，该聚集体含有其向内取向的疏水性基团和向外取向的亲水性基团。这样的聚集体称为胶束，在其下形成胶束的浓度称为临界胶束浓度(CMC)。表面活性剂溶液的物理性能，如界面张力、表面张力、导电性、去垢力和强度在CMC附近突然变化。

表面活性剂水溶液中的胶束为含有向内取向的疏水性烃链和向外延伸的亲水性头部分的球形，而油溶液中的胶束具有相反形状，其中疏水性部分向内取向和亲水性链向外延伸。

同时，在材料的吸附分离中通常使用活性炭和硅胶。活性炭和硅胶通过物理吸附来吸附材料，由于很难释放被吸附的材料，一般在使用之后将它们处理掉。

近来，Steven R.Kline根据小角度中子散射(SANS)试验发现特定催化剂—含有可聚合反离子(counter ion)的4-乙烯基苯甲酸鲸蜡基三甲基铵(CTVB)的圆筒形胶束结构通过可聚合反荷离子的聚合得以保持，聚合的胶束的结构随着水溶液中温度的变化保持稳定(Langmuir，1999，15，pp2726-2732)。还显示无论使用何种聚合的反离子，都可以获得聚合表面活性剂的这种胶束结构。然而，聚合的CTVB在不同的溶剂中具有不同的溶解度，它在有机溶剂如甲醇中溶解但不在水中溶解，显示聚合的胶束不能一直保持在固体形式。具有胶束结构的表面活性剂已经用于多孔无机材料的制备。例如，美国专利No.5,220,101描述了多孔无机结晶材料的合成，该合成包括如下步骤：进行氢氧化鲸蜡基三甲基铵、NaAlO₂和SiO₂之间的缩合反应，在550℃下煅烧缩合混合物。当多孔材料的表面用无机表面改性剂—氯代三甲基硅烷改性时，获得的多孔无机结晶材料在水/己烷混合物中相对于水选择性吸附己烷。表面改性的多孔材料的这样选择性吸附与使用的表面活性剂无关，表面活性剂仅提供了具有孔隙率的材料。

发明内容

因此，本发明的目的是提供具有表面活性类多孔结构的有机或无机聚合物凝胶，该聚合物凝胶能够在任何溶剂中吸附和分离离子或水溶性材料。

根据本发明的一个方面，提供在交联剂存在下在或大于表面活性剂的临界胶束浓度下，聚合单体获得的有机聚合物凝胶，该单体包括离子表面活性剂部分和可聚合的有机反离子。

根据本发明的另一个方面，提供在或大于表面活性剂的临界胶束浓度下，由表面活性剂和含有反应性基团的无机化合物的缩聚获得的无机聚合物凝胶，该反应性基团可以与表面活性剂缩合。

附图说明

当与附图结合和按照如下描述时，本发明的以上和其它目的和特征是明显的，该附图分别显示：

图1：通过结合阳离子表面活性剂与含有阴离子官能团的乙烯基单体获得的具有胶束结构的单体组合体，和通过聚合单体获得的本发明有机聚合物凝胶的简图；

图2：本发明有机聚合物凝胶的聚合顺序的简要表示；

图3-5：在制备2-1中制备的本发明表面活性剂和在对比例1和2中制备的对比表面活性剂的紫外-可见(UV-VIS)光谱(含水甲基橙)；

图6和7：在实施例1和4中制备的本发明有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图8：本发明聚合物凝胶PDTAA，PDTAM和PDTAV的表面活性剂单体的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图9：本发明聚合物凝胶PCTAA，PCTAM和PCTAV的表面活性剂单体的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图10-13：在实施例5和11-13中制备的本发明有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图14：在实施例5和11-13中制备的本发明有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图15：在实施例5和7-10中制备的本发明有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；

图16：在实施例2中制备的本发明有机聚合物凝胶PDTAM的UV-VIS光谱(含水的甲基红，甲基绿，酚红和若丹明B)；和

图17：在实施例14中制备的本发明有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)。

具体实施方式