一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法与流程

文档序号：20029077发布日期：2020-02-28 10:09阅读：432来源：国知局

本发明涉及一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法。

背景技术：

水凝胶是一种的由亲水聚合物链形成的高含水量的三维(3d)网络结构的弹性体，其中水作为溶剂存在，具有含水量高、可调的物理化学性质、多孔结构等特点，因此，在感器、医疗器、电子皮肤有着巨大的应用前景。但是，在开放环境下水凝胶中水分很容易挥发，导致水含量大大减少，导致其使用性能受到限制。科研人员开发了许多抗脱水的水凝胶，主要有在才水凝胶参杂保水性材料(softmatter.2019,15,3680-3688)、溶剂置换(angewandtechemie.2018,130,6678-6681)和有机-无机杂化(adv.funct.mater,2018,28,1800793)等。

目前已开发出一些抗脱水的水凝胶材料产品。抗脱水的水凝胶材料产品：上海创始实业有限公司，“一种保水凝胶的合成方法”(201110029607.9)，提供了开一种保水凝胶的合成方法，第一步，将碱溶于溶剂水中，搅拌使其完全溶解，冷却；第二步，待碱溶液的温度低到室温，向碱溶液中加入保水因子；搅拌混合直到溶液变的澄清透明；第三步，将第二步得到的溶液中加入单体，搅拌混合均匀，冷却溶液到25℃以下，得到母液；第四步，测量母液的ph值；第五步，向母液中加入交联剂、快速搅拌，使其完全溶解；第六步，向第五步的溶液中加入引发剂；第七步，倒入固定的容器中，加热成型或采用紫外交联成型。安庆师范大学，“一种基于淀粉接枝丙烯酸与海藻酸钠、矿渣复合的保水凝胶的制备方法”(201710285203.3)，提供了一种基于淀粉接枝丙烯酸与海藻酸钠、矿渣复合的保水凝胶的制备方法，先将海藻酸钠作为有机基体，矿渣为无机多孔填料，混合制备成分散溶液后，将淀粉进行氧化后接枝氢氧化钠中和过的丙烯酸，然后将两者混合，通过丙烯酸和n,n′-亚甲基双丙烯酰胺在制备时作为交联剂，海藻酸钠与氧化淀粉之间产生交联，钙离子的加入加强海藻酸钠与氧化淀粉之间络合的双重效应，从而提高制备出的保水凝胶的三维网格具有大小不同的尺寸。燕山大学，“一种保水凝胶材料及其制备方法”(201811208695.7)，提供了一种保水凝胶材料，凝胶材料依次包括第一保水层、导电层和第二保水层，第一保水层和第二包水层为聚硅氧烷弹性体；导电层由琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水制备得到。导电层原料中丙烯酸在交联剂(n,n-亚甲基双丙烯酰胺)的作用下发生聚合反应生成三维网络结构的聚丙烯酸，琼脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸以及金属离子发生配位络合反应。导电层的三维网络结构、游离的h+和金属离子使得水凝胶材料具备压力敏感性能、自修复性能和导电性能，两侧的保水层防止凝胶材料的水分流失。

以上文献检索或制备工艺复杂，或从减缓水分子的挥发或从保持失水和吸水平衡角度考虑。为解决现有技术不足，本发明旨在提供一种在开放环境中减缓水分子的挥发以及保持失水和吸水平衡的用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法。不仅制备简单，而且充分整合减缓水分子的挥发和保持失水和吸水平衡。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供了一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法，该复合水凝胶是由化学交联的水凝胶、含多个强吸水性基团的有机高分子、非离子性表面活性剂复合制成，其中化学交联水凝胶为网络骨架，含多个强吸水性基团的有机高分子缠绕于水凝胶网络骨架中，能够吸收大量的水分子，保持失水与吸水平衡；非离子性表面活性表面活性剂分布在网孔中容纳水分子，减缓水分子的蒸发；这样既保持失水与吸水平衡，又减缓水分子蒸发，从而提高保水性。可作为开放环境中爆炸物、农药和毒品检测的基底以及水凝胶传感器、支架、器件等。该复合水凝胶，具有保水性好，成本低，制备简单，生物相容性，环保等优点，可为提高水凝胶保水性能提供有效的技术手段。

本发明所述的一种用于爆炸物检测的复合水凝胶，该复合水凝胶是由化学交联的水凝胶、含多个强吸水性基团的有机高分子和非离子性表面活性剂复合制成；其中，化学交联的水凝胶由亲水单体、交联剂、引发剂和超纯水制成；多个强吸水性基团的有机高分子缠绕于水凝胶网络骨架中；非离子性表面活性表面活性剂分布在网络结构中；

所述化学交联水凝胶由亲水单体为丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、甲基丙烯酸和n-异丙基丙烯酰胺的一种、两种或三种；交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯或双甲基丙烯酸乙二醇酯；引发剂为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮；

所述含多个强吸水性基团的有机高分子为纤维素纳米晶、壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸、明胶或卡拉胶；

所述非离子性表面活性剂为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、烷基糖苷类或tx-100。

所述用于爆炸物检测的复合水凝胶的制备方法，按下列步骤进行：

a、按体积分数为10-70％将丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯类、甲基丙烯酸和n-异丙基丙烯酰胺的一种、两种或三种与超纯水混合，加入质量浓度为9-15g/l的纤维素纳米晶、壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸、明胶或卡拉胶，在冰浴的条件下超声分散2h，得到悬浊液；

b、将步骤a中得到悬浊液中加入质量浓度为1.4-2g/l的交联剂n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯或双甲基丙烯酸乙二醇酯，质量浓度为4-6g/l的引发剂为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮，体积分数为7-39％的非离子性表面活性剂为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、烷基糖苷类或tx-100,冰浴搅拌2h混合均匀；

c、将步骤b得到的将混合液排除气泡后，注入3mm水凝胶凹槽中，放入波长为365紫外灯箱中照射20min，得到复合水凝胶；

d、将步骤c得到的复合水凝胶放入去离子水中浸泡20分钟，换水，重复3次浸泡，换水，以除去未反应的原料，晾干水凝胶表面的水，得到用于爆炸物检测的复合水凝胶，并密封保存。

所述用于爆炸物检测的复合水凝胶在检测非制式爆炸物及原料硫磺、亚硝酸盐、硝酸盐、高锰酸盐、氯酸盐/高氯酸盐、尿素、铵盐、tatp或dadp或hmtd无氮中的用途。

所述一种用于爆炸物检测的复合水凝胶在检测制式爆炸物二硝基甲苯、对硝基甲苯、三硝基甲苯、苦味酸、太安炸药、黑索金、特屈儿或奥克托金中的用途。

本发明所述的一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法，该复合水凝胶中含多个强吸水性基团的有机高分子能够吸收大量的水分子；非离子性表面活性剂可以容纳水分子，减缓水分子的挥发，提高水凝胶的保水性，在室温下可以存放较长时间而无明显体积收缩。具有保水性好，成本低，制备简单，机械性能好，生物相容性，环保等优点。

本发明所述的一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法，该复合水凝胶的保水性可为溶解爆炸物颗粒提供一个液相环境；复合水凝胶良好的力学性能可保证在使用过程不被损坏。可加载的不同的爆炸物检测试剂，可检测识别非制式爆炸物原料，包括硫磺、亚硝酸盐、氯酸盐/高氯酸盐、硝酸盐、尿素、铵盐、高锰酸盐、tatp或dadp或hmtd无氮爆炸物非制式爆炸物及其原料；二硝基甲苯、对硝基甲苯、三硝基甲苯、苦味酸、太安炸药、黑索金、特屈儿或奥克托金制式爆炸物。本发明除了能加载爆炸物检测试剂用检测爆炸物外，还能加载有毒金属、农药或化学战剂以及毒品的检测试剂用于有毒金属、农药或化学战剂以及毒品的检测，也可以用于水凝胶传感器、支架、器件。

有益技术效果：本发明提供一种用于爆炸物检测的复合水凝胶及其制备方法，该复合水凝胶是由化学交联的水凝胶、含多个强吸水性基团的有机高分子、非离子性表面活性剂复合而成。化学交联水凝胶为网络骨架；含多个强吸水性基团的有机高分子缠绕于水凝胶网络骨架中，能够吸收大量的水分子，保持失水与吸水平衡；非离子性表面活性表面活性剂分布在网孔中容纳水分子，减缓水分子的蒸发；这样既保持失水与吸水平衡，又减缓水分子蒸发，从而提高保水性。

具体实施方式

实施例1

a、将体积分数为10％的丙烯酸与超纯水混合，加入质量浓度为9g/l的纤维素纳米晶，在冰浴的条件下超声分散2h，得到悬浊液；

b、将步骤a中得到悬浊液中加入质量浓度为1.4g/l的交联剂n,n'-亚甲基双丙烯酰胺，质量浓度为4g/l的引发剂2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(2959)，体积分数为7％的非离子性表面活性剂吐温-20，冰浴搅拌2h混合均匀，得到混合液；

c、将步骤b得到的混合液排除气泡后，注入为3mm水凝胶凹槽中，放入波长为365紫外灯箱中照射20min，得到复合水凝胶；

d、将步骤c得到的复合水凝胶放入去离子水中浸泡20分钟，换水，重复3次浸泡，换水，以除去未反应的原料，晾干水凝胶表面的水，得到用于爆炸物检测的复合水凝胶，并密封保存；

将得到的复合水凝胶基底浸泡硫磺比色试剂20min，得到快速识别硫磺的比色水凝胶，擦拭墙角残留的硫磺粉末，其结果证明该粉末为硫磺。

实施例2

a、将体积分数为11％的丙烯酸钠与超纯水混合，加入质量浓度为9.5g/l的壳聚糖，在冰浴的条件下超声分散2h，得到悬浊液；

b、在步骤a中得到悬浊液中加入质量浓度为1.6g/l的交联剂二乙烯基苯，质量浓度为4.2g/l的引发剂2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(2959)，体积分数为11％的非离子性表面活性剂吐温-20，冰浴搅拌2h混合均匀，得到混合液；