[发明专利]膨胀性材料及使用方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年9月15日提交的美国专利申请12/560,002的优先权，美国专利申请12/560,002为2006年10月2日提交的美国专利申请11/537,944(现为美国专利7,790,830)的部分继续申请案，美国专利申请11/537,944要求2005年9月30日提交的美国临时专利申请60/722,619(现已终止)的优先权。因此通过引用而将前述申请的主题全部并入本文。

技术领域

本发明主要涉及膨胀性材料及使用方法，更具体而言，涉及当与非极性或有机吸着物接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍的膨胀性溶胶-凝胶。

背景技术

具有膨胀能力的聚合材料可用于各种应用。膨胀的机制依赖于由材料的物理化学性质决定的分子水平的变化的发生(Escobedo等，Phys.Report 318：85(1999))。

溶胶-凝胶合成较简单，是制备具有各种形态和化学组成的有机/无机聚合物的通用方法(Wright，Sol-Gel Materials：Chemistry and Applications，Gordon and Breach Science Publ.，阿姆斯特丹(2001))。与由生物材料制备的亲水聚合物(Khalid等Eur.J. Pharm.Sci.15：425(2002)；Elvira等，Biomaterials 1955(2002))相比，干燥的由聚合的烷氧基硅烷构成的溶胶-凝胶(或者零凝胶)产生无弹性并且充分干燥时不易在溶剂中大量膨胀的SiO₂基体。膨胀性的缺乏可能是由于在凝胶化和干燥过程中发生的可观的缩合反应以及交联聚合溶胶-凝胶材料(Brinker等，Sol-Gel Science.The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing，Academic Press(San Diego)，Chapter 9(1990))。由于溶胶-凝胶衍生的材料的固有化学结构，仅有少量经由溶胶-凝胶法制备膨胀性二氧化硅固体的报道。已采用胺桥连的硅烷前体配制成一些溶胶-凝胶组合物，其响应于pH变化(Rao等，J.Sol-Gel Sci.and Tech.26：553(2003))或者温度变化而膨胀(Rao等，Adv.Mater.13：274(2001)；Rao等，Adv.Mater.14：443(2002))从而产生“小”分子。这些胺桥连的溶胶-凝胶仅能非常有限地进行膨胀。

发明内容

本发明主要涉及膨胀性材料和使用方法，更具体而言，涉及当与非极性或有机吸着物接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍的膨胀性溶胶-凝胶。

根据本发明的一个方面，膨胀性溶胶-凝胶组合物可包含多个连通的有机硅纳米颗粒。当干燥时，所述溶胶-凝胶组合物在与非极性或有机吸着物接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍。

根据本发明的另一方面，膨胀性复合材料可包含多个连通的有机硅纳米颗粒以及能与非极性或有机吸着物桥连或反应的颗粒材料。当干燥时，所述膨胀性复合材料在与非极性或有机吸着物接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍。

根据本发明的另一方面，用于处理受污染的水和土壤的组合物可包含多个连通的有机硅纳米颗粒。当干燥时，所述组合物在与非极性或有机吸着物、或者包含非极性有机吸着物的水溶液接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制备膨胀性复合材料的方法。所述方法的一个步骤可包括提供多个包含残余硅醇的有机硅纳米颗粒和颗粒材料。以具有至少一个能与残余硅醇反应的基团以及至少一个烷基的试剂对所述残余硅醇进行衍生化。然后可干燥所述膨胀性复合材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于治理包含非极性或有机吸着物的受污染的液体或土壤的方法。所述方法的一个步骤可包括使受污染的液体或土壤与膨胀性复合材料在可有效导致膨胀性复合材料吸纳非极性或有机吸着物的条件下接触。膨胀性复合材料可包含多个连通的有机硅纳米颗粒，当干燥时，所述膨胀性复合材料在与非极性或有机吸着物接触时能膨胀至其干燥体积的至少两倍。

附图说明

通过参考附图阅读下述描述，本发明的前述和其他特征对本发明所涉及的领域的技术人员而言将变得显而易见，在附图中：