一種增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠及其應(yīng)用，本發(fā)明使用聚乙烯醇、增韌線性大分子鏈和硼化合物配制成雙組份復(fù)合水凝膠。應(yīng)用時將等體積的兩個組分分別裝入雙組分液體噴槍的兩個儲液容器，用噴槍噴灑覆蓋于危險化學(xué)品表面，兩個組分快速反應(yīng)生成水凝膠，阻斷危險化學(xué)品的揮發(fā)擴(kuò)散。該增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠具有凝膠速度快、拉伸性能強不易破裂等特點。
【專利說明】一種増韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠及其應(yīng)用
[0001] 所屬領(lǐng)域：
[0002] 本發(fā)明涉及聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，具體涉及一種增韌型聚乙 烯醇復(fù)合水凝膠及將其用于覆蓋防護(hù)危險化學(xué)品技術(shù)。
【背景技術(shù)】：
[0003] 對于公眾場所、實驗室等地方灑落或者泄露的危險化學(xué)品，在對其進(jìn)行專業(yè)處理 前，利用快速成型的覆蓋材料阻斷危險化學(xué)品的揮發(fā)擴(kuò)散，可以有效降低對環(huán)境的污染和 人類的危害。快速凝膠化水凝膠作為一種可以由液體在應(yīng)用部位快速固化的材料，是一種 成膜性很好的高分子覆蓋材料。
[0004] 關(guān)于快速凝膠化水凝膠，國內(nèi)外已經(jīng)有很多研究，例如，Wu通過使用一種陰離子型 表面活性劑，十二烷基硫酸鈉加速了絲纖蛋白的凝膠化過程[Wu，X. Hou，J. Li，M. Wang， J.Kaplan，D.L.Lu，S. Acta Biomater .2012,8,2185-2192] aBalakrishnan利用氧化的海藻 酸鹽和明膠原位制備了支架水凝膠[Balakr i shnan，B · Mohanty，Μ · Umashankar， P.R. Jayakrishnan，A.Biomaterials · 2005,26,6335-6342]。但是這些快速凝膠化水凝膠前 期過程都較為復(fù)雜，多用于醫(yī)學(xué)目的，如人體創(chuàng)傷面水凝膠繃帶、藥物釋放、軟組織材料。這 些材料如果大量用于危險化學(xué)品的覆蓋，成本較高。
[0005] 聚乙烯醇作為一種無毒、低成本的水溶性高分子，在很多實際應(yīng)用上具有潛在價 值。聚乙烯醇極易與硼酸、硼砂等硼化合物發(fā)生快速交聯(lián)反應(yīng)，形成凝膠。但是聚乙烯醇與 硼酸、硼砂等硼化物快速凝膠化而生成的水凝膠拉伸性能較差，在凹凸不平的應(yīng)用部位容 易破裂。半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠是一條或者多條線性大分子鏈貫穿于聚合物網(wǎng)絡(luò)中間，通過改 變水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從分子水平來改善水凝膠的拉伸性能。一些天然的高分子聚合物或 合成的高分子聚合物常常作為貫穿的增韌線性大分子鏈，例如海藻酸鈉、聚乙二醇、殼聚糖 等。
[0006] 目前將聚乙烯醇復(fù)合水凝膠用于危險化學(xué)品現(xiàn)場覆蓋，快速阻斷或延遲危險化學(xué) 品的揮發(fā)擴(kuò)散的應(yīng)用未見文獻(xiàn)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠，及將其應(yīng)用于危險化學(xué)品 現(xiàn)場覆蓋。
[0008] 本發(fā)明提供的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠，包含兩個組分，配方如下：
[0009]組分A:是含有聚乙烯醇和增韌線性大分子鏈的水溶液，其中聚乙烯醇的濃度為 120.0~380.0 mg/mL;增韌線性大分子鏈為海藻酸鈉或聚乙二醇，其中海藻酸鈉的濃度為2 ~30mg/mL，聚乙二醇的濃度為5~60mg/mL;
[0010] 組分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物為硼酸或硼砂；硼酸的濃度為20~ 70mg/mL;硼砂的濃度為2~70mg/mL。
[0011] 較佳的配方是：
[0012] 組分A:聚乙烯醇的濃度為130.0~350.0 mg/mL;增韌線性大分子鏈為海藻酸鈉或 聚乙二醇，其中海藻酸鈉的濃度為5~20mg/mL，聚乙二醇的濃度為10~40mg/mL;
[0013] 組分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物為硼酸或硼砂；硼酸的濃度為40~ 60mg/mL;硼砂的濃度為5~26mg/mL。
[0014] 該增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的應(yīng)用，利用雙組分液體噴槍，將等體積的組分A與 組分B裝入噴槍的兩個儲液容器，用噴槍噴灑覆蓋于危險化學(xué)品表面，兩個組分快速反應(yīng)生 成水凝膠，阻斷危險化學(xué)品的揮發(fā)擴(kuò)散。
[0015] 復(fù)合水凝膠性能表征
[0016] 凝膠化時間測定:在磁力攪拌器上將組分A和組分B混合，設(shè)置攪拌速度為120rpm/ min并開始計時，磁子停止攪拌后，停止計時，所需時間即為凝膠化時間。
[0017]拉伸性能測試:將水凝膠割成50mmX 15mmX 1mm的條狀樣品，用FPT-F1摩擦系數(shù)/ 剝離試驗儀對水凝膠的拉伸性進(jìn)行表征，試驗儀的參數(shù)設(shè)置為:拉伸速率為300mm/min，拉 伸時間為70 s，繪制材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是:利用聚乙烯醇與硼化合物的快速交聯(lián)，以及增韌線性大分 子鏈的貫穿作用，制備拉伸性強的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。首次將快速凝膠化的聚乙 烯醇復(fù)合水凝膠應(yīng)用于危險化學(xué)品的快速覆蓋，利用聚乙烯醇復(fù)合水凝膠對危險化學(xué)品現(xiàn) 場覆蓋，可以阻隔或者至少延遲危險化學(xué)品的揮發(fā)擴(kuò)散，從而降低對人類的傷害，提供更多 的時間對危險化學(xué)品進(jìn)行專業(yè)處理。
【附圖說明】
[0019] 圖1是實施例1的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的掃描電鏡(SEM)圖。
[0020] 圖2是實施例2的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變(拉伸性能）曲線圖。 具體實施例
[0021] 實施例1
[0022] 將12.90g的聚乙烯醇和2.50g的海藻酸鈉溶解于lOOmL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為129. Omg/mL、海藻酸鈉濃度為25. Omg/mL的組分A;
[0023] 將2.58g的硼砂溶解于lOOmL的水溶液中，得到硼砂濃度為25.8mg/mL的組分B。
[0024]在電磁攪拌下，將組分B(lmL)快速加入到組分A(lmL)中，約100秒后水凝膠形成。 [0025]圖1為上述水凝膠的掃描電鏡圖，為半互穿三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，海藻酸鈉均勻的貫穿在 整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，孔徑約為20μπι。
[0026] 實施例2
[0027] 將35.50g的聚乙烯醇和1.50g的海藻酸鈉溶解于lOOmL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為355. Omg/mL、海藻酸鈉濃度為15. Omg/mL的組分A;
[0028] 將1.42g的硼砂溶解于lOOmL的水溶液中，得到硼砂濃度為14.2mg/mL的組分B。
[0029]在電磁攪拌下，將組分B(lmL)快速加入到組分A(lmL)中，約59秒后水凝膠形成。 [0030]圖2為上述水凝膠的拉伸性能圖，最大拉伸強度為69.25kPa。海藻酸鈉的加入，使 水凝膠形成半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子鏈間的作用力增強，從而使凝膠在形變過程中拉伸強度 增大，不易破裂。
[0031] 實施例3:
[0032] 將20.20g的聚乙烯醇和0.40g的海藻酸鈉溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為202. Omg/mL、海藻酸鈉濃度為4. Omg/mL的組分A;
[0033] 將5.60g的硼砂溶解于100mL的水溶液中，得到硼砂濃度為56. Omg/mL的組分B。 [0034]測定其凝膠化時間為99秒。
[0035] 實施例4
[0036] 將27.40g的聚乙烯醇和l.OOg的聚乙二醇溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為274. Omg/mL、聚乙二醇濃度為10.0 mg/mL的組分A;
[0037] 將0.40g的硼砂溶解于100mL的水溶液中，得到硼砂濃度為4. Omg/mL的組分B。
[0038]測定其凝膠化時間為28秒。
[0039] 實施例5
[0040] 將27.40g的聚乙烯醇和6.00g的聚乙二醇溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為274. Omg/mL、聚乙二醇濃度為60.0 mg/mL的組分A;
[00411 將7.00g的硼酸溶解于100mL的水溶液中，得到硼酸濃度為70.0 mg/mL的組分B。 [0042]測定其凝膠化時間為68秒。
[0043] 實施例6:
[0044]將27.40g的聚乙烯醇和5.00g的海藻酸鈉溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 濃度為274. Omg/mL、海藻酸鈉濃度為50.0 mg/mL的組分A;
[0045] 將2.00g的硼酸溶解于100mL的水溶液中，得到硼酸濃度為20.0 mg/mL的組分B。 [0046]測定其凝膠化時間為58秒。
[0047]應(yīng)用例1:增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠對氰化鈉的防護(hù)性能測試
[0048] 測試裝置由樣品室（內(nèi)徑56mm，高度45mm)，吸收瓶（5mL)、和空氣采樣器（流速： 0.2L/min)通過橡膠管連接而成。
[0049] 具體測試步驟為:先將危險化學(xué)品氰化鈉均勻平鋪在樣品室底部，然后在危險化 學(xué)品的表面覆蓋厚度為3~10mm的水凝膠，吸收瓶中加入針對危險化學(xué)品的吸收液;每間隔 4小時，使用與吸收液相同的溶劑沖洗凝膠表面，留樣。吸收瓶與凝膠表面的危險化學(xué)品總 量為滲出的危險化學(xué)品。其中，氰化鈉在樣品室的初始濃度均為l〇〇g/m 2,氰化鈉的吸收液 為去離子水，用氰離子濃度計測試氰化鈉含量。
[0050] 測試樣品：分別將實施例2中的組分A、B等體積快速混合，制備厚度為3mm、5mm、 l〇mm厚的的水凝膠。覆蓋于氰化鈉表面。水凝膠對氰化鈉的防護(hù)性能測試數(shù)據(jù)見表1。
[0051 ]表1水凝膠對氰化鈉的防護(hù)性能
[0053]由表1可見，氰化鈉的滲出濃度隨時間的增長而增大，隨厚度的增加而降低，當(dāng)水 凝膠的厚度為3mm時，一天以內(nèi)超過97.3 %的氰化鈉可以被有效防護(hù)，當(dāng)水凝膠的厚度為 10_時，超過99.8 %的氰化鈉可以被有效防護(hù)。水凝膠對氰化鈉具有較好的防護(hù)效果。 [0054]應(yīng)用例2:增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠對敵敵畏的防護(hù)性能
[0055] 按照應(yīng)用例1的方法進(jìn)行測試，所不同的是敵敵畏的吸收液為二氯甲烷，用氣相色 譜測試敵敵畏含量。
[0056] 測試樣品：分別將實施例2中的組分A、B等體積快速混合，制備厚度為3mm、5mm、 l〇mm厚的的水凝膠，覆蓋于敵敵畏表面。水凝膠對敵敵畏的防護(hù)性能測試數(shù)據(jù)見表2。
[0057]表2水凝膠對敵敵畏的防護(hù)性
[0059]由表2可見，當(dāng)水凝膠的厚度為3mm時，一天以內(nèi)，超過99.3%的敵敵畏可以被有效 防護(hù)；當(dāng)水凝膠厚度為5mm時，4小時以內(nèi)沒有敵敵畏滲出；當(dāng)水凝膠的厚度為10mm時，8小時 內(nèi)沒有敵敵畏滲出。水凝膠對敵敵畏具有較好的防護(hù)效果。
【主權(quán)項】
1. 一種增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠，該水凝膠包含兩個組分： 組分A:是含有聚乙烯醇和增韌線性大分子鏈的水溶液，其中聚乙烯醇的濃度為120.0 ~380.0 mg/mL;增韌線性大分子鏈為海藻酸鈉或聚乙二醇，其中海藻酸鈉的濃度為2~ 30mg/mL，聚乙二醇的濃度為5~60mg/mL; 組分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物為硼酸或硼砂；硼酸的濃度為20~70mg/ mL;硼砂的濃度為2~70mg/mL。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠，其特征是： 組分A:聚乙烯醇的濃度為130.0~350.0 mg/mL;增韌線性大分子鏈為海藻酸鈉或聚乙 二醇，其中海藻酸鈉的濃度為5~20mg/mL，聚乙二醇的濃度為10~40mg/mL; 組分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物為硼酸或硼砂；硼酸的濃度為40~60mg/ mL;硼砂的濃度為5~26mg/mL。3. -種權(quán)利要求1所述的增韌型聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的應(yīng)用，將等體積的組分A與組分 B裝入雙組分液體噴槍的兩個儲液容器，用噴槍噴灑覆蓋于危險化學(xué)品表面，兩個組分快速 反應(yīng)生成水凝膠，阻斷危險化學(xué)品的揮發(fā)擴(kuò)散。
【文檔編號】C08K3/38GK105885064SQ201610239949
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】王志華, 原樂
【申請人】北京化工大學(xué)