本發(fā)明屬于一種精細(xì)化工中功能材料生產(chǎn)工藝，特別涉及一種變色硅膠干燥劑的制備方法。
背景技術(shù)：
硅膠干燥劑是一種具有高附加值和較高技術(shù)含量的指示型吸附劑。通常以具有高吸附活性的細(xì)孔硅膠為基礎(chǔ)原料，用氯化鈷等指示劑通過一定工藝結(jié)合在硅膠空隙內(nèi)。硅膠的細(xì)孔結(jié)構(gòu)對(duì)空氣等介質(zhì)中的水分有較強(qiáng)的吸附作用。吸收水分后，水與硅膠基體內(nèi)的指示劑作用使指示劑變色。例如，使用氯化鈷為指示劑時(shí)，當(dāng)水與硅膠中的氯化鈷結(jié)合，形成氯化鈷結(jié)晶水合物，隨著水的吸收量的提高，變色硅膠的顏色由藍(lán)逐漸轉(zhuǎn)變成淺紅色。當(dāng)吸水量達(dá)到接近飽和后，吸附能力下降。此時(shí)可以通過加熱再生重復(fù)使用。
變色硅膠干燥劑的吸水量一般僅為其自身質(zhì)量的約40％，在實(shí)際應(yīng)用中需要頻繁地對(duì)其做再生處理，因此，需要一種吸水量高的變色硅膠，以降低人工維護(hù)的成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提出一種高吸水量變色硅膠干燥劑的制備方法。該方法通過控制合成一種核﹣殼結(jié)構(gòu)，將硅膠均勻完整地包裹在高吸水樹脂核外部，使硅凝膠的吸水量得到極大的提高。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種變色硅膠干燥劑的制備方法，包括下述步驟：
S1：使用中低中和度的丙烯酸鈉溶液為前驅(qū)體，制備聚丙烯酸鈉，并制成粉末；
S2：將聚丙烯酸鈉粉末吸水至飽和，投入pH值為7±0.1的硅酸鈉溶膠中，攪拌至生成硅凝膠；
S3：將表面生成有硅凝膠的聚丙烯酸鈉自硅酸鈉溶膠中取出，投入水中陳化；
S4：將陳化后的表面生成有硅凝膠的聚丙烯酸鈉在指示劑溶液中浸染；
S5：將浸染后的表面生成有硅凝膠的聚丙烯酸鈉洗凈烘干得到成品。
其中，所述步驟S1中，丙烯酸鈉溶液的中和度在80％以下，優(yōu)選為40％-60％。優(yōu)選的，所述丙烯酸鈉溶液中用于中和丙烯酸鈉的原料為氫氧化鈉溶液。
其中，所述步驟S1具體包括如下步驟：
S11：配制具有目標(biāo)中和度的丙烯酸鈉溶液；
S12：將交聯(lián)劑加入丙烯酸鈉溶液中，加熱充分?jǐn)嚢瑁?/p>
S13：將引發(fā)劑加入丙烯酸鈉溶液中，攪拌后加熱至反應(yīng)結(jié)束，冷卻，得到聚丙烯酸鈉水凝膠；
S14：將制得的聚丙烯酸鈉水凝膠干燥，粉碎后制成粉末。
優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括如下步驟：
S11：配制具有目標(biāo)中和度的丙烯酸鈉溶液；
S12：將0.1﹣1g交聯(lián)劑加入100g丙烯酸鈉溶液中，加熱至65±5℃，充分?jǐn)嚢韬罄鋮s至室溫；
S13：將0.05g引發(fā)劑加入到丙烯酸鈉溶液中，攪拌后再將溶液升溫至85±5℃直至反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫；
S14：將制得的聚丙烯酸鈉水凝膠干燥，粉碎后制成粉末。
優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為N,N-亞甲基二丙烯酰胺，所述引發(fā)劑為過硫酸鉀。
其中，所述步驟S2中，使用的聚丙烯酸鈉粉末粒徑范圍差在200μm以下，有利于制得大小均勻的干燥劑產(chǎn)品。優(yōu)選的粒徑可以為50﹣100μm、100﹣200μm、200﹣400μm、400﹣600μm、600﹣800μm或800﹣1000μm。
其中，所述步驟S2中，硅酸鈉溶膠模數(shù)為3.3±0.2，以Na2O計(jì)，Na2O含量為6±0.1wt％。
其中，所述步驟S2中，硅酸鈉溶膠的pH值采用稀硫酸調(diào)節(jié)，稀硫酸濃度優(yōu)選為30％±5％。
其中，所述步驟S4中，浸染前還包括將陳化后的表面生成有硅凝膠的聚丙烯酸鈉干燥的步驟，干燥溫度優(yōu)選為80±10℃。
其中，所述步驟S4中，指示劑溶液的濃度為5wt％±3wt％。
其中，所述步驟S4中，指示劑為氯化鈷、硫酸鐵、硫酸鐵銨、硫酸亞鐵、硫酸銅、高錳酸鉀、甲基紫、剛果紅或亞甲基藍(lán)中的一種或多種。
其中，所述步驟S5中，干燥溫度優(yōu)選為120±10℃，干燥時(shí)間優(yōu)選為4小時(shí)。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是：
本發(fā)明提出的方法中，使用硅凝膠及聚丙烯酸鈉樹脂共同作為吸水劑。其中，聚丙烯酸鈉樹脂是一種高吸水樹脂，能夠快速高效地吸收自身重量數(shù)百倍的水。將硅凝膠和聚丙烯酸鈉樹脂復(fù)合使用能夠在保證干燥劑顆粒強(qiáng)度及變色能力的基礎(chǔ)上明顯地提高干燥劑的吸水量。
聚丙烯酸鈉高吸水樹脂內(nèi)部含有的大量親水基團(tuán)及網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其與水接觸時(shí)能夠吸附大量的水形成水凝膠。這種凝膠網(wǎng)絡(luò)在吸水的同時(shí)還擁有優(yōu)異的保水性能，在常溫下即使施加壓力，水也不會(huì)從高吸水樹脂中逸出，并且可以重復(fù)使用。
在與硅凝膠復(fù)合使用時(shí)，使用中和度較低的丙烯酸鈉溶液作為合成高吸水樹脂的前驅(qū)體，高吸水樹脂表面會(huì)留有大量的酸性基團(tuán)。將該聚丙烯酸鈉高吸水樹脂投入硅溶膠時(shí)，硅酸鈉溶膠在丙烯酸鈉凝膠酸性表面發(fā)生水解反應(yīng)(1)生成硅溶膠，硅溶膠在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定，隨即發(fā)生反應(yīng)(2)生成硅凝膠。最終在樹脂表面形成一層連續(xù)致密的硅凝膠層，形成了一種以高吸水樹脂為核，硅凝膠為殼的核﹣殼結(jié)構(gòu)。
Na2SiO3+2H++H2O→HSiO4+2Na+ (1)
當(dāng)核﹣殼結(jié)構(gòu)硅膠干燥劑吸水時(shí)，水分會(huì)通過硅凝膠“殼”的微孔結(jié)構(gòu)被吸水樹脂“核”吸收，在干燥劑內(nèi)部形成了微型水庫，使核﹣殼結(jié)構(gòu)硅膠干燥劑獲得了較一般硅膠干燥劑更高的吸水量。核﹣殼結(jié)構(gòu)硅膠干燥劑核的尺寸可以通過選取不同粒徑的聚丙烯酸鈉顆粒進(jìn)行調(diào)變。核﹣殼結(jié)構(gòu)硅膠干燥劑的殼的厚度可以通過改變丙烯酸鈉溶液的中和度進(jìn)行調(diào)變。最后，通過浸染指示劑，合成核﹣殼結(jié)構(gòu)變色硅膠干燥劑，可以長效地干燥介質(zhì)并指示環(huán)境的相對(duì)濕度。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)具有以下優(yōu)勢(shì)：
1.本發(fā)明制得產(chǎn)品核﹣殼結(jié)構(gòu)變色硅膠干燥劑的吸水量高達(dá)200﹣2500％，顯著高于傳統(tǒng)的硅膠干燥劑；
2.本發(fā)明制得產(chǎn)品核﹣殼結(jié)構(gòu)變色硅膠干燥劑再生性能好，能夠通過干燥的方式反復(fù)再生，且再生后吸水能力基本保持不變；
3.本發(fā)明制備方法能夠合成含鈷的藍(lán)膠指示劑以及無鈷指示劑，符合多種應(yīng)用條件的要求；
4.本發(fā)明制備步驟簡單，產(chǎn)品規(guī)格可控，易于工業(yè)放大；
5.本發(fā)明的生產(chǎn)原料簡單、價(jià)格低廉。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造。實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的適用范圍?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
本發(fā)明實(shí)施例中，所述核﹣殼結(jié)構(gòu)變色硅膠干燥劑的制備方法，具體步驟如下：
(1)將濃度為32wt％的氫氧化鈉溶液緩慢加入丙烯酸中，配置成中和度為40％的丙烯酸鈉溶液；
(2)將0.2g N,N-亞甲基二丙烯酰胺加入100g丙烯酸鈉溶液中，加熱至65℃，攪拌1h，冷卻至室溫；
(3)將0.05g過硫酸鉀加入到丙烯酸鈉溶液中，攪拌后再將溶液升溫至85℃直至反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫；
(4)將制得的聚丙烯酸鈉水凝膠干燥，粉碎，篩分；
(5)取粒徑為200﹣400μm的聚丙烯酸鈉粉投入水中，吸水至飽和后取出，除去表面多余的水；
(6)配置模數(shù)為3.3±0.2，Na2O含量為6±0.1wt％的硅酸鈉溶膠，使用30％的稀硫酸將其pH值調(diào)節(jié)至7±0.1；
(7)將吸水后的聚丙烯酸鈉投入硅酸鈉溶膠中，輕微攪拌30min至生成硅凝膠，再將生成的硅凝膠取出，投入水槽中陳化48h；
(8)將陳化后的硅凝膠在80℃的空氣中干燥30min，再將其投入濃度為5wt％的氯化鈷溶液中浸染，輕微攪拌10h；
(9)將浸染后的硅凝膠取出，洗凈，再在120℃下烘干24h得到成品；
(10)將硅凝膠干燥劑暴露于濕度為80％的空氣中吸水至飽和，測(cè)量硅凝膠干燥劑的吸水量，吸水飽和后的硅凝膠干燥劑通過在120℃的烘箱中干燥4小時(shí)再生。
測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例2
同施例1，區(qū)別在于使用的丙烯酸鈉溶液中和度為50％，N-羥甲基丙烯酰胺的用量為0.4g，聚丙烯酸鈉粉的粒徑為600﹣800μm，選用1wt％甲基紫，10wt％乙醇的水溶液作代替氯化鈷溶液劑溶液染色。
測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例3
同施例1，區(qū)別在于使用的丙烯酸鈉溶液中和度為60％，N-羥甲基丙烯酰胺的用量為0.4g，聚丙烯酸鈉粉的粒徑為600﹣800μm，選用1wt％剛果紅，10wt％乙醇，30wt％硫酸鐵銨的水溶液作代替氯化鈷溶液劑溶液染色。
測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1
實(shí)施例的結(jié)果表明，使用本發(fā)明方法制備的核﹣殼結(jié)構(gòu)變色硅膠干燥劑對(duì)濕度敏感，吸水量達(dá)200﹣2500％。且產(chǎn)物為球狀顆粒，顏色大小均一，可應(yīng)用與規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。