[发明专利]一种钙离子交联在纤维上接枝介孔硅胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙离子交联在纤维上接枝介孔硅胶的制造方法，属于功能材料领域。

背景技术

纤维材料具有良好的柔韧性和机械强度，比表面积大，可以制备成各种不同的形状，使用方便。但是可以纺丝成纤维的材料非常有限，而成型的纤维往往缺乏各种功能性。

硅胶是一种高活性吸附材料，其化学分子式为mSiO₂·nH₂O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的孔结构。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代得特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。以各种表面活性剂、离子液体等为模板制备的介孔硅胶在催化、吸附分离、分子筛等领域得到广泛应用。通过在硅胶中添加其它无机成分可以获得各种功能性，如催化性能、抗菌性能等。

传统的硅胶材料都是通过有机硅烷如硅酸四乙酯的水解缩聚制备，反应时间过长，往往还需要加入各种酸碱催化剂，不利于生物医学领域的应用。

通过接枝聚合反应，在材料基体上引入特定的物质，是实现材料改性的有效手段。这样既可以保持材料原有的物理机械性能，又可以灵活的获得各种功能性。如果通过接枝的方法把介孔硅胶层接枝到纤维上，就可以把纤维材料良好的柔韧性和硅胶吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定等优点结合起来。目前还很少见到把硅胶接枝到纤维材料上的报道。牛梅等用UV辐照的方法对天然羊毛纤维进行表面改性，采用化学接枝的方法将载银纳米二氧化硅抗菌剂接枝在羊毛上，制备了抗菌羊毛纤维【抗菌羊毛纤维制备及其结构与性能研究，太原理工大学博士论文，2009.4】。

硅酸钙力学性能优良，作为第三代生物材料之一，近年来引起研究者的重视【Biomaterials，2008，29：2588-2596】。通过盐酸处理，可以在硅酸钙表面得到具有丰富的Si-OH官能团的硅胶层，控制溶液的pH值，可以得到不同孔径的介孔硅胶结构【Acta Biomaterialia，2009，5：1686-1696】。pH＝0.5条件下处理后，硅胶表面对溶菌酶的吸附量达到195mg/g，是酸处理前蛋白质吸附量的4.5倍。

本专利采用紫外辐射的方法先在纤维表面接枝聚丙烯酸钠，然后利用钙离子交联的方法在纤维上接枝硅酸钙，经不同pH值的盐酸溶液处理后，得到表面具有介孔硅胶层的接枝纤维。这在国内外还没有见到相关报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是纤维接枝硅胶工艺复杂、接枝率难控制、可选择纤维有限等问题。

本发明解决所述纤维接枝硅胶工艺复杂、接枝率难控制、可选择纤维有限技术问题的技术方案是设计一种钙离子交联在纤维上接枝介孔硅胶的方法。

本发明提供了一种钙离子交联在纤维上接枝介孔硅胶的方法，其特征是制备步骤如下：

a)参考专利200910228776.8制备聚丙烯酸接枝的纤维，将纤维放入体积百分数为10％-50％的丙烯酸(AA)水溶液中，加入质量百分数为0.5-3％的阻聚剂硫酸亚铁铵，通入氮气，用紫外灯照射0.5-1小时，取出用去离子水洗净均聚物，用氢氧化钠中和处理后，得到聚丙烯酸钠接枝的纤维；

b)配制质量百分比为0.5％～15％的硅酸钠和0～10％的其他与钙离子反应的无机盐，同时配制质量百分比浓度为0.5％～10％的氯化钙水溶液；

c)将上述接枝聚丙烯酸钠的纤维浸泡入步骤b)配制的硅酸钠混合水溶液中0.5～2小时，取出后滴淌2～5分钟，用吸水纸吸去粘附的过多溶液，使纤维表面的附着液尽量均匀，立即将其放入步骤b)配制的氯化钙水溶液中，交联0.5～2小时，用去离子水冲洗3～5遍，得到接枝硅酸钙的纤维；

d)用盐酸调配pH值在0.1-6.5的水溶液，将步骤c)得到的接枝硅酸钙的纤维在调配好的不同pH值的水溶液中浸泡0.5-12小时，得到表面具有介孔硅胶层的接枝纤维。

本发明一种钙离子交联在纤维上接枝的介孔硅胶，是充分利用了钙离子交联纤维上的羧酸根和硅酸根实现的，硅酸钙和纤维能够做到比较好的结合，经酸处理后，硅酸钙表层生成介孔硅胶。纤维可选择聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈和聚砜等各种基材，其形态包括单丝纤维、无纺布、丝束和中空纤维等。

硅酸钠水溶液中可添加各种与钙离子反应的无机盐，如碳酸钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、柠檬酸钠、草酸钠等，以增加不同的功能性。