[发明专利]一种含硅聚乙烯亚胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含硅聚乙烯亚胺复合材料及其制备方法，先制备含PEI和水溶性硅酸盐混合溶液，再加入聚醚混合均匀，并依次通过静置、洗涤、干燥获得了一种含硅PEI复合材料；除了传统的吸水效率及除去重金属能力外，该复合材料解决了传统含硅PEI复合材料没有弹性和柔韧性的难题，在弯曲和压缩之后，可以恢复原始形状；并且，产品形状可根据所需进行任意调控，该制备方法工艺简单，容易操作，无需加热或冷却，实用性强，易实现工业化推广。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种含硅聚乙烯亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯亚胺简称PEI，是一种典型水溶性高分子。因其优异的吸附性能，常与二氧化硅复合制备而成聚乙烯亚胺/二氧化硅（PEI/Si）复合材料，并应用于重金属离子物理吸附领域。传统的PEI/Si复合材料是通过物理涂覆或化学接枝将PEI固载到介孔纳米硅胶上。物理涂覆制备的PEI/Si复合材料对重金属离子脱除效率较低，PEI易从纳米硅胶上脱离或渗漏。相比之下，化学接枝的PEI/Si复合材料对重金属离子的脱除效率有所提高，PEI不易从纳米硅胶上脱离或渗漏。但不幸地是，化学接枝的PEI/Si复合材料粒径非常小，在使用后难以从水溶液中回收；并且其制备工艺复杂常用原料昂贵且毒性高，不符合绿色化学要求；更重要的是，该复合材料由PEI纳米硅胶组成，成型困难，这会大大加深将PEI/Si复合材料加工成所需形状（如膜状）的难度。基于这些问题，传统PEI/Si复合材料的潜在应用大大受限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种工艺流程简单、有较好的弹性和韧性易于成型且具有吸水性和吸附重金属离子性能的含硅聚乙烯亚胺复合材料；本发明的目的之二在于提供一种含硅聚乙烯亚胺复合材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种含硅聚乙烯亚胺复合材料，包括PEI、聚醚和水溶性硅酸盐，所述PEI和聚醚交联而成网络结构，所述水溶性硅酸盐分散在由PEI和聚醚形成的交联网络之间（交联网络之间指分散在交联网状结构的孔隙内和相邻的交联网络之间），其中PEI的重均分子量为300-70000，进一步为1000-60000，优选为5000-50000；聚醚数均分子量的为200-60000，进一步为1000-50000，优选为5000-40000；所述复合材料中Si元素的质量百分比为0.5%-1.2%。O元素的质量百分比为30%-40%。

进一步地，所述聚醚优选为聚乙二醇二缩水甘油醚；

进一步地，所述水溶性硅酸盐优选为Na₂SiO₃、K₂SiO₃、(NH₄)₂SiO₃中的至少一种。

基于同一发明构思，本发明还提供一种上述硅聚乙烯亚胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备含PEI和水溶性硅酸盐的水溶液，并搅拌至完全溶解，获得混合溶液A；

S2、在A中加入聚醚，并搅拌至完全溶解，获得混合溶液B；

S3、将混合溶液B静置2～10h后，获得含硅聚乙烯亚胺凝胶；

S4、将S4所得凝胶依次进行洗涤、干燥，获得含硅聚乙烯亚胺复合材料。

进一步地，S1中所述的混合溶液A的制备方法包括如下步骤：

（1）制备含PEI的水溶液，将PEI溶于水中，搅拌使PEI完全溶解；

其中，所述水溶液中PEI的质量分数为5%−7%，所述搅拌方式优选为磁力搅拌；

（2）在上述含PEI的水溶液中加入水溶性硅酸盐，并搅拌至完全溶解，获得混合溶液A；