一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法技术

本发明专利技术公开了一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，以天然棉纤维为原料，用硫酸水解法透析3天提取CNCs，甲氧基聚乙二醇（MPEG）的末端羟基和溴丙烯在氢化钠的催化下制备了Allyl

【技术实现步骤摘要】
一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法


[0001]本专利技术属于纳米科学
，涉及一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法。

技术介绍

[0002]用来自棉花的棉纤维通过盐酸水解得到刚性的纤维素纳米晶（CNCs），原材料属于可再生资源,纤维素纳米晶具有与传统材料不同的特点,包括了特殊的棒状形态和纳米尺寸、高长径比、比表面积高、流变性能、机械强度,表面化学反应、生物相容性、生物降解性、低毒性、成本低、重量轻、密度低、模量高等。CNCs表面的许多羟基为该纳米颗粒提供了一种可达的修饰，以改善其与基体的相容性或功能应用。因为纤维素具有了这么多优良的性能，所以可以在此基础上可以制备出性能更好、功能更强的复合材料，在21世纪先进材料的发展中有潜力发挥重要作用。
[0003]甲氧基聚乙二醇（MPEG)具有良好的水溶性、润湿性、润滑性、生理惰性、对人体无刺激、温和，在化妆品和制药工业中应用广泛。对其末端用溴丙烯进行修饰得到烯丙基聚乙二醇(Allyl
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MPEG)，使用该原料合成的聚合物具有高效的颗粒分散性和保持能力、增强效果好、耐久性好及对环境友好等优点。
[0004]聚二甲基硅氧烷(PDMS)的分子量很低的低聚物，用八甲基环四硅氧烷（D4）进行聚合反应得到PDMS。D4是一种以二甲基二氯硅烷经过水解合成工序制得的产物基础上经过分离、精馏而得到的可燃无异味无的色透明或乳白色液体化合物。 制得的聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有特殊的疏水性、耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小，与亲水MPEG改性后，可形成两亲性的非离子表面活性剂结构，可作为胶束和囊泡分散在水中，具有重要的工业用途。
[0005]MPEG
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PDMS
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MPEG由两种组分组成的共聚物，只能完全溶解在THF中，通过自组装在正戊烷和甲醇中形成胶束。在表面改性过程中，共聚物中亲水的MPEG段被有机THF吸附在CNC表面，而疏水的PDMS段暴露在外,造成表面亲水疏水性的转换。
[0006]mCNCs是CNC经过三嵌段共聚物改性得到，在混合油中引入质量分数(5 wt%)的mCNCs显著提高了油的粘度，在混合油中引入质量分数 (10
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15 wt%)的mCNCs使混合油出现凝胶状行为，在混合油中引入质量分数mCNCs (17.5
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20 wt %)的mCNCs转变为润滑脂的准固态。原始CNC与聚二甲基硅氧烷之间的直接相互作用会导致CNC纳米颗粒在混合体系中不相容和聚集，表面修饰是提高mCNCs纳米颗粒在基础油中的相容性和稳定性的有效途径。mCNCs可以作为刚性交联点以及相容性和分散性有望通过高分子链的缠结从而形成一个稳定的三维网络，以稳定混合油的微观结构，从而导致体系的粘度显著增加，基础油增稠效果显著。改性后的CNCs（mCNCs）有望在流变和润滑系统的实际应用中充当可再生和无毒的增稠和润滑效果添加剂，在石油中的有效增稠效果为生物纳米添加剂在流变和润滑领域提供了新的应用前景。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，其制备过程简单方便，原料环保无污染，制得的增稠剂具有环保、化学性能稳定、相容性好、在基础油中分散性好等特点。
[0008]为达到上述目的，采用技术方案如下：一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，包括以下步骤：1）MPEG的末端修饰：以MPEG和烯丙基溴为原料，在NaH的催化作用下，MPEG的末端羟基与烯丙基溴发生化学反应，制备了Allyl
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MPEG，2）PDMS的聚合：以D4单体为原料，加入四甲基二硅氧烷(TMDS)和三氟甲磺酸(TFMS)催化剂诱导，聚合法制得PDMS，3）MPEG
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PDMS
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MPEG嵌段共聚物的合成：将步骤1制备的Allyl
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MPEG和步骤2制备的PDMS经硅氢化反应合成三嵌段共聚物，4）CNCs的制备：以天然棉纤维为原料，采用硫酸水解的方法制备表面带有硫酸酯基的纤维素纳米晶的水相悬浮液，5）CNCs表面的物理改性：以步骤3制得的三嵌段共聚物和步骤4制得的CNCs为原料，选取THF溶剂促进CNCs表面吸附MPEG
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PDMS
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MPEG三嵌段共聚物得到改性的CNCs(mCNCs)，6) 以mCNC为增稠剂的混合润滑油/脂:以步骤5制得的mCNCs和聚二甲基硅氧烷为原料，用不同负载水平的mCNCs和聚二甲基硅氧烷相互作用，制得了一种混合润滑油/脂。
[0009]进一步的，上述NaH催化MPEG的末端羟基与溴丙烯发生化学反应的方法包括以下步骤：将5 mL THF中0.5 g的NaH悬浮液加入到30 mL的THF中，将MPEG (14.70 g, 7.35 mmol)溶解，混合后搅拌2小时，再加入溴丙烯(2.61 g，21.75 mmol)，在室温下反应24小时。得到的产品用乙酸乙酯离心（10000 rpm，5分钟）去除NaH,再旋转蒸发去除多余的溴丙烯和溶剂。采用真空干燥的方法，得到了固体的淡黄色烯丙基聚乙二醇(Allyl
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MPEG)产品。
[0010]进一步的，上述聚合法制得PDMS的方法包括以下步骤：D4和TMDS两者摩尔比例控制在5:1，添加TMFS (0.98 g, 3 wt %)作为催化剂诱导D4在70℃聚合反应8小时。反应后,NaHCO
3 (2 g)添加到乙醚（200 ml）反应沉淀得到产品。获得无色粘稠的PDMS液体，进行旋转蒸发去除任何残留的单体和溶剂。进一步的，上述硅氢化合成MPEG
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PDMS
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MPEG三嵌段共聚物的方法包括以下步骤：APEG溶解在甲苯,然后在温度为90℃，氮气的保护下，斯拜耳的催化剂添加到磁搅拌搅拌20分钟。已合成的 PDMS溶解在甲苯，用注射器注射到混合物中，在90℃条件下开始反应24小时。戊烷和甲醇的混合物被洗涤纯化两次除去未反应的PDMS和Allyl
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MPEG，然后在蒸馏水透析3天。最后，在60℃的温度下，通过烘烤一夜，得到了一种浅黄色的共聚物。
[0011]进一步的，上述制备CNCs的方法包括以下步骤：以天然棉纤维为原料，用浓度为64 wt %的H2SO4溶液在45℃水解1小时，在蒸馏水中连续洗涤，然后离心除去游离酸。在水中透析3天后，获得表酸面存在带负电荷的硫盐基团均匀分散的CNC水悬浮液。
[0012]进一步的，上述表面改性CNCs的方法包括以下步骤：将CNC水悬浮液溶解到THF中，通过连续的离心和再分散过程实现均匀分散，然后
在剧烈搅拌下滴加到CNCs悬浮液中，以保证CNCs的分散。将混合物剧烈搅拌3小时，以促进共聚物在CNCs表面的充分接触和表面吸附得到mCNC。然后通过连续三次的离心和用THF洗涤来纯化mCNC，以去除任何游离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）MPEG的末端修饰：以MPEG和烯丙基溴为原料，在NaH的催化作用下，MPEG的末端羟基与烯丙基溴发生化学反应，制备了Allyl
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MPEG，2）PDMS的聚合：以D4单体为原料，加入四甲基二硅氧烷(TMDS)和三氟甲磺酸(TFMS)催化剂诱导，聚合法制得PDMS，3）MPEG
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PDMS
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MPEG嵌段共聚物的合成：将步骤1制备的Allyl
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MPEG和步骤2制备的PDMS经硅氢化反应合成三嵌段共聚物，4）CNCs的制备：以天然棉纤维为原料，采用硫酸水解的方法制备表面带有硫酸酯基的纤维素纳米晶的水相悬浮液，5）CNCs表面的物理改性：以步骤3制得的三嵌段共聚物和步骤4制得的CNCs为原料，选取THF溶剂促进CNCs表面吸附MPEG
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PDMS
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MPEG三嵌段共聚物得到改性的CNCs(mCNCs)，6) 以mCNC为增稠剂的混合润滑油/脂:以步骤5制得的mCNCs和聚二甲基硅氧烷为原料，用不同负载水平的mCNCs和聚二甲基硅氧烷相互作用，制得了一种混合润滑油/脂。2.如权利要求1所述的一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，其特征在于，步骤1所述NaH催化MPEG的末端羟基与烯丙基溴发生化学反应的方法包括以下步骤：将5 mL THF中0.5 g的NaH悬浮液加入到30 mL的THF中，将MPEG 溶解，混合后搅拌2小时，再加入溴丙烯，在室温下反应24小时，得到的产品用乙酸乙酯离心去除NaH,再旋转蒸发去除多余的溴丙烯和溶剂，采用真空干燥的方法，得到了固体的淡黄色烯丙基聚乙二醇产品。3.如权利要求1所述的一种共聚物改性纤维素纳米晶用于聚二甲基硅氧烷增稠的方法，其特征在于，步骤2聚合法制得PDMS的方法包括以下步骤：D4和TMDS两者摩尔比例控制在5:1，添加TMFS作为催化剂诱导D4在70 ℃聚合反应8小时，反应后,NaHCO
3 添加到200 ml的乙醚反应沉淀得到产品，获得无色粘稠的PDMS液体，进行旋转蒸发去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱焱，林宁，
申请(专利权)人：武汉百洁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：