用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料，該復合材料是通過將改性劑均勻分散入淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物中得到的，改性劑為高嶺土、分子篩、氧化鋁或硅膠，且改性劑在復合材料中的重量百分比為1~40%；淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物的制備方法如下：在去離子水中加入淀粉并不斷攪拌使淀粉在去離子水中分散均勻，然后將上述體系在氮氣保護下進行糊化處理至體系呈半透明膠體狀，隨后降溫，加入引發劑引發反應，然后加入交聯劑，在氮氣保護下，反應物進行接枝聚合，即得凝膠狀淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物。另外，本發明專利技術還公開了該復合材料在含可溶鹽類土遺址表面除鹽方面的應用。本發明專利技術有效提高了可溶鹽類的脫除效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料及其應用，屬于功能高分子領域。
技術介紹
陶器、壁畫、土遺址等是我國優秀文化遺產的重要組成部分，但歷經漫長的地質及環境演變，文物遺址出現了由鹽害引起的酥堿、空鼓、脫落、起甲等不同程度的損傷行為，其原因在于在溫度和濕度影響下文物或周圍環境中可溶鹽在文物表面的溶解-結晶過程。因此，采用吸水脫鹽的方式脫去文物遺址表面集結的鹽可以有效減少鹽害引起的文物損壞，而尋找安全高效的吸水脫鹽材料則是解決文物鹽害的關鍵。與傳統吸水材料如海綿、纖維素、硅膠相比，高吸水樹脂具有吸水容量大、吸水速率快、保水能力強等優越性能，而且由于文物遺址自身的特殊性及脫鹽需求，要求吸水材料在結構上不含有酸性或堿性基團，在性能上具有高吸水率的同時具備一定的耐鹽性能。專利CN102921314A、CN102775555A、CN102702425A公布了具有高吸水性能與一定抗鹽性能的高分子吸水材料。用于文物保護的此類復合材料，如中國專利CN101307120A公開了一種名為《一種吸水材料及用途》的專利技術專利，介紹了適用于壁畫修復防護的淀粉接枝丙烯酰胺樹脂的制備方法，其特點在于：原料來源豐富、成本較低、吸水量大、可生物降解，但單一的淀粉-丙烯酰胺聚合物脫鹽性能有限，鹽離子在孔道中的遷移速度緩慢，所提供的固定鹽的有效活性位點不多，游離鹽的固定效率有限，脫鹽效率不高，因此要對高吸水性材料進行改進以提高復合材料的固定鹽的性能來滿足文物修復防護領域的需求。目前，已有大量文獻報道了如何提高吸水樹脂的耐鹽性能，主要包括引入對鹽離子不敏感的非離子單體、與黏土進行復合、與親水性聚合物形成互穿網絡、陰陽離子共聚等，例如專利CN102617807A、CN102250276A、CN101270173A公開了黏土改性有機復合吸水耐鹽材料的制備方法，實驗結果表明具有三維層狀結構、表面存在許多羥基和活性點的黏土類無機物的加入提高了復合材料的吸水脫鹽性能，增強了其凝膠強度及熱穩定性。專利CN102827381A公開了一種具有優良耐鹽性的新型互穿網絡高吸水樹脂，是利用互穿網絡技術將聚乙烯醇鈉穿插于淀粉與丙烯酸的接枝聚合物中形成的互穿聚合物網絡結構。上述方法提高了材料的耐鹽性能，但材料中可溶性鹽類的遷移仍處于被動吸附狀態。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種提高可溶鹽脫除效率的用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料。為了提高可溶鹽的脫除效率，我們制備了一種大比表面積吸水脫鹽復合材料，利用大比表面積的吸附材料對淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物組裝進行改性，利用復合材料中的接枝聚合物吸收水分，在水的運移過程中將土遺址中的游離無機鹽從基體中脫除出，而組裝的改性成分，因其具有的多孔道和大的比表面積給鹽離子遷移提供了合適的通道，高比表面積為鹽離子在復合材料上的吸附固定提供了有效的活性位點，從而提高了吸水脫鹽復合材料的可溶鹽處理能力，并利用組分之間性能或功能上協同效應改善了其脫鹽效率。一種用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：該復合材料是通過將改性劑均勻分散入淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物中得到的，所述改性劑為高嶺土、分子篩、氧化鋁或硅膠，且改性劑在復合材料中的重量百分比為1~40%；所述淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物的制備方法如下：在去離子水中加入淀粉并不斷攪拌使淀粉在去離子水中分散均勻，然后將上述體系在氮氣保護下進行糊化處理至體系呈半透明膠體狀，隨后降溫，加入引發劑引發反應，然后加入交聯劑，在氮氣保護下，反應物進行接枝聚合，即得凝膠狀淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物。所述糊化處理的溫度為80~85℃。所述引發劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、亞硫酸鈉、高錳酸鉀、過磷酸銨、過氧化鈉中的一種或兩種以上。引發劑與淀粉的質量比為1：5~30。所述交聯劑為丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、N-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種或兩種以上。交聯劑與淀粉的質量比為1：10~50。所述引發反應的溫度和接枝聚合的溫度均為55~65℃。用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料在含可溶鹽類土遺址表面除鹽的應用方法為：在去離子水中溶入復合材料，形成分散均勻的粘稠狀流體，然后將其均勻涂敷于載體KC-X60無紡布上，為均勻起見，在第一層涂敷材料干燥之后，再涂敷一次，而后得到涂敷有吸水脫鹽復合材料的具有吸附透氣性的KC-X60敷貼脫鹽材料。使用時根據所需脫鹽土遺址表面形貌及狀態，對脫鹽材料進行預處理后，將濕潤的脫鹽復合材料敷貼于遺址表面進行鹽分遷移與固定。本專利技術根據土遺址保護的特殊性需求，制備了適用于具有特殊表面形貌土遺址的脫鹽材料，其制備方法簡單，使用方便，用于土遺址表面除鹽適應性良好，通過表面鹽分的快速遷移，有效的抑制了基體表面由于可溶鹽在環境溫度、濕度變化下引起的反復溶解-結晶對土遺址造成的破壞。因此，本專利技術是一種應用于此類由鹽害引起的表面破壞、在盡量不損害表面形貌等的要求下溫和除鹽的高效方法，其中大比表面積改性劑的加入，對固定遷出的鹽分起到了重要的作用，使鹽的溶解-析出平衡不斷向右進行，有效提高了復合材料處理基體的除鹽能力與效率。具體實施方式實施例1（1）吸水脫鹽材料制備將5.0g淀粉用25mL去離子水浸泡并不斷攪拌30min使淀粉在溶劑中分散均勻，在氮氣保護下加熱至80~85℃糊化處理50min，體系呈半透明膠體狀，然后降溫至60℃，加入0.36g過硫酸鉀和0.018g亞硫酸鈉的水溶液25mL，在60℃引發反應15min，然后加入20g丙烯酰胺及0.042g的交聯劑N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺的200mL水溶液，在氮氣保護下65℃進行接枝聚合反應，2h反應結束后停止通氮氣。所得產物為凝膠狀聚合物，冷卻后從反應器中取出，干燥充分后進行粉碎處理，過100目篩網。稱取上述產品16.4595g，加入高嶺土1.56g，均勻分散后，取混合物2g，加入去離子水400ml，形成分散均勻的粘稠狀流體，將其均勻涂敷于載體KC-X60無紡布上，靜置2h，在80℃下干燥6h，取出，冷卻后剪裁為合適的形狀待用。（2）脫鹽實驗本實驗在室溫、25攝氏度左右進行。將貼敷材料剪裁成4*2cm的小塊備用。實驗前，先適量刮取含鹽量為1%NaCl，1%Na2SO4試塊表層土，重量約100-200毫克，定容于50ml溶液中，待溶解平衡后，取其上層清液進行離子色譜測定，此測定值為含鹽試塊中鹽的本底濃度（含量）。而后將裁剪好的涂敷有吸水脫鹽材料的KC-X60脫鹽紙在去離子水中浸濕約1min左右后，敷貼于試塊表面，待貼紙達到吸鹽平衡后（敷貼的脫鹽試紙濕度約10%左右），取下，取新的脫鹽紙再次敷貼，反復5次后，再取一定量表面土層（約100-200毫克）定容于50ml去離子水中進行離子色譜測定，確定脫鹽后試塊表層土中的含鹽量。測定結果見表1和表2。表1含鹽量1%NaCl試塊脫鹽前后表層土中鹽類離子含量離子脫除率表2含鹽量1%Na2SO4試塊脫鹽前后表層土中鹽類離子含量及離子脫除率實施例2（1）吸水脫鹽材料制備<本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：該復合材料是通過將改性劑均勻分散入淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物中得到的，所述改性劑為高嶺土、分子篩、氧化鋁或硅膠，且改性劑在復合材料中的重量百分比為1~40%；所述淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物的制備方法如下：在去離子水中加入淀粉并不斷攪拌使淀粉在去離子水中分散均勻，然后將上述體系在氮氣保護下進行糊化處理至體系呈半透明膠體狀，隨后降溫，加入引發劑引發反應，然后加入交聯劑，在氮氣保護下，反應物進行接枝聚合，即得凝膠狀淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物。

【技術特征摘要】
1.一種用于土遺址脫鹽的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：該復合材料是通過將改性劑均勻分散入淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物中得到的，所述改性劑為高嶺土、分子篩、氧化鋁或硅膠，且改性劑在復合材料中的重量百分比為1~40%；所述淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物的制備方法如下：
在去離子水中加入淀粉并不斷攪拌使淀粉在去離子水中分散均勻，然后將上述體系在氮氣保護下進行糊化處理至體系呈半透明膠體狀，隨后降溫，加入引發劑引發反應，然后加入交聯劑，在氮氣保護下，反應物進行接枝聚合，即得凝膠狀淀粉接枝丙烯酰胺類聚合物。
2.如權利要求1所述的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：所述引發劑與淀粉的質量比為1：5~30。
3.如權利要求1所述的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：所述交聯劑與淀粉的質量比為1：10~50。
4.如權利要求1所述的吸水脫鹽復合材料，其特征在于：所述糊化處理的溫度為80~85℃。
5.如權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂功煊，周鐵，錢玲，夏寅，靳治良，張尚欣，胡紅巖，
申請(專利權)人：中國科學院蘭州化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：甘肅;62