表面活性剂类聚合物凝胶和使用该凝胶分离材料的方法技术

本发明专利技术涉及通过离子表面活性剂和含有可聚合部分的有机或无机化合物的聚合或缩聚获得的、具有表面活性剂类胶束结构的聚合物凝胶，该聚合物凝胶能够采用容易循环的方式吸附和分离特定的化合物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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，pp 2726-2732)。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。
技术实现思路
因此，本专利技术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。根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的另一个方面，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，本专利技术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专利技术有机聚合物凝胶的简图；图2本专利技术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中制备的本专利技术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中制备的本专利技术有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；图8本专利技术聚合物凝胶PDTAA，PDTAM和PDTAV的表面活性剂单体的UV-VIS光谱(含水甲基橙)； 图9本专利技术聚合物凝胶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中制备的本专利技术有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；图14在实施例5和11-13中制备的本专利技术有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；图15在实施例5和7-10中制备的本专利技术有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)；图16在实施例2中制备的本专利技术有机聚合物凝胶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中制备的本专利技术有机聚合物凝胶的UV-VIS光谱(含水甲基橙)。具体实施例方式本专利技术的聚合物凝胶包括在交联剂存在下通过聚合单体胶束；或通过缩合表面活性剂和可缩合的无机化合物获得的主链，该单体胶束包括表面活性剂部分和可聚合的反离子。胶束表面活性剂部分包在壳状主链中。具有三维连接结构的聚合物凝胶的直径比表面活性剂部分的直径大2倍左右。图1显示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单体胶束结构，和通过聚合单体获得的有机聚合物凝胶。用于本专利技术的表面活性剂可以是阳离子或阴离子的。因此，在使用阴离子表面活性剂的情况下，阴离子表面活性剂部分在图1的结构中与含有阳离子官能团的单体结合。作为制备表面活性剂类单体的实施例，该表面活性剂类单体用于本专利技术有机聚合物凝胶的制备，可以通过阳离子表面活性剂和含有反应性阴离子基团的可聚合化合物的反应获得具有阳离子表面活性剂活性的可聚合单体，如在反应方案1中所示反应方案1 其中R1R2R3R4Q+X-表示阳离子表面活性剂；X-是卤素或乙基硫酸根阴离子；Q是氮或磷；R1，R2，R3和R4中的一个是C7-40烷基或芳基，其余每个独立地是氢或C1-5烷基；和R5是含有可聚合乙烯基的C2-50烷基或芳基或包含氧和/或氮原子的可聚合官能团。例如，可以由如下方式获得具有表面活性剂活性的可聚合单体通过在醇中溶解阳离子烷基铵表面活性剂，随后离子交换以获得改性的氢氧化烷基铵，然后氢氧化物与含有阴离子官能团的可聚合化合物反应以形成离子对。可聚合化合物的阴离子官能团的代表性例子可以是-COO-、-SO3-、-OSO3-2或-PO3-2。具有阳离子表面活性剂活性的可聚合单体的代表性例子是烷基三甲基铵丙烯酸酯、烷基三甲基铵(甲基)丙烯酸酯、烷基三甲基铵乙烯基乙酸酯、烷基三甲基铵乙烯基苯甲酸酯、烷基三甲基铵乙烯基膦酸酯、乙烯基磺酸烷基三甲基铵乙烯基磺酸酯、烷基三甲基铵乙烯基苯磺酸酯、烷基三乙基铵丙烯酸酯、烷基三乙基铵(甲基)丙烯酸酯、烷基三乙基铵乙烯基乙酸酯、烷基三乙基铵乙烯基苯甲酸酯、烷基三乙基铵乙烯基膦酸酯、烷基三乙基铵乙烯基磺酸酯和烷基三甲基铵乙烯基苯磺酸酯，其中烷基优选是C7-40烷基，更优选C10-16烷基。作为制备表面活性剂类单体的实施例，该表面活性剂类单体用于本专利技术有机聚合物凝胶的制备，可以通过阴离子表面活性剂和含有阳离子基团的可聚合化合物的反应获得具有阴离子表面活性剂活性的可聚合单体，如在反应方案2中所示反应方案2 其中R6Y-M+表示阴离子表面活性剂；R6是C7-40烷基或芳基；M是碱或碱土金属，X和Z每个是卤素；R7，R8，R9和R10中的一个是含有可聚合乙烯基的C2-50烷基或芳基或包含氧和/或氮原子的可聚合官能团，其余每个独立地是氢或C1-5烷基。具有阴离子表面活性剂活性的可聚合单体的代表性例子是乙烯基吡啶烷基羧酸酯、乙烯基吡啶烷基苯甲酸酯、乙烯基吡啶烷基磺酸酯、乙烯基吡啶苯磺酸酯、乙烯基吡啶烷基膦酸酯、烯丙基三甲基铵烷基羧酸酯、烯丙基三乙基铵烷基羧酸酯、烯丙基三甲基铵烷基磺酸酯、烷基磺酸烯丙基三乙基铵、烯丙基三甲基铵烷基膦酸酯和烯丙基三乙基铵烷基膦酸酯，其中烷基是C7-40烷基。本专利技术的有机聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金洪杜，
申请(专利权)人：京畿道厅，庆熙大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]