離子交換網屏
❶ 請教各位大神，如何能降低海藻酸鈉與氯化鈣發生離子交換後所形成凝膠的吸水率
將溶解好的海藻酸鈉溶液加入溶解好的明膠水溶液，將兩種溶液按一定比例共混，脫泡、減壓脫泡後，在室溫條件下於凝固浴中以濕法紡絲制備海藻/明膠纖維，該共混纖維具有較高的生理活性、優良的力學性能和吸水率，在醫療領域具有廣泛的應用前景，尤其適用於製造無紡布作傷口敷料。 海藻酸微溶於水，不溶於大部分有機溶劑。它溶於鹼性溶液，使溶液具有粘性。海藻酸鈉粉末遇水變濕，微粒的水合作用使其表面具有粘性。然後微粒迅速粘合在一起形成團塊，團塊很緩慢的完全水化並溶解。如果水中含有其它與海藻酸鹽競爭水合的化合物，則海藻酸鈉更難溶解於水中。水中的糖、澱粉或蛋白質會降低海藻酸鈉的水合速率，混合時間有必要延長。單價陽離子的鹽（如NaCl）在濃度高於0.5％時也會有類似的作用。海藻酸鈉在1％的蒸餾水溶液中的pH值約為7.2。 穩定性 海藻酸鈉具有吸濕性，平衡時所含水分的多少取決於相對濕度。乾燥的海藻酸鈉在密封良好的容器內於25℃及以下溫度儲存相當穩定。海藻酸鈉溶液在pH5～9時穩定。聚合度（DP）和分子量與海藻酸鈉溶液的粘性直接相關，儲藏時粘性的降低可用來估量海藻酸鈉去聚合的程度。高聚合度的海藻酸鈉穩定性不及低聚合度的海藻酸鈉。據報道海藻酸鈉可經質子催化水解，該水解取決於時間、pH和溫度。藻酸丙二醇酯溶液在室溫下、pH3～4時穩定；pH小於2或大於6時，即使在室溫下粘性也會很快降低。 免疫原性和生物相容性 海藻酸鈉是一種天然、生物能降解的生物高聚物。海藻酸鈉中發現的化學成分和促有絲分裂的雜質是海藻酸鹽鈉具有免疫原性的主要原因。很多報道顯示植入海藻酸鈉會產生纖維化反應。據知海藻酸鈉可能含有熱原、多酚、蛋白質和復雜的碳水化合物。多酚的存在很可能對固定化細胞有害，而熱原、蛋白質和復雜的碳水化合物會誘使宿主產生免疫反應。 Yang S用新的交聯方法制備了明膠/海藻酸鈉復合物類的可吸收海綿體。對其進行SEM觀察發現，海綿基本是均勻的，且證明形態取決於明膠/海藻酸鈉比例，與交聯度無關。雖然發生了交聯反應，海綿在膠原酶的生理鹽水緩沖液中仍可降解。 海藻酸/膠原共混纖維生物相容性好，粘附性強，具有促進傷口癒合的活性功能及止血功能，具有較好的葯物及生長緩釋作用，可與局部抗菌葯物組合製成基因工程敷料用於感染創面；也可與活性生長因子或活性細胞組合製成基因工程敷料用於頑固性潰瘍及燒傷創面；無菌、低過敏原、無毒、無熱源。 海藻酸/(膠原)明膠纖維的強度是利用Ca++交聯及其之間的聚電解質效應而得到的。海藻酸鈉能與Ca++絡合形成水凝膠，主要反應機理為G單元與Ca++絡合交聯，形成蛋盒(egg-box)結構，G基團堆積而形成交聯網路結構，轉變成水凝膠纖維而析出。酸浴的主要作用是得到-NH3+，因為在制備紡絲液時，需要調節(膠原)明膠的pH值為弱鹼性，目的是屏蔽掉(膠原)明膠的-NH3+，避免(膠原)明膠與海藻酸鈉形成凝膠沉澱，提高二者的相容性；而紡製成纖維後在酸浴中將 (膠原)明膠的-NH2轉變成為-NH3+，NH3+與-COO-產生聚電解質效應，提高纖維之間的交聯度，提高了纖維的斷裂強度。
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一、離子交換化學鋼化法
把玻璃侵在高溫熔融鹽中，玻璃中的鹼離子與熔鹽中的鹼離子因相互擴散而發生離子交換，因在交換層產生壓應力而使強度增大。
1、高溫型離子交換法
在玻璃的軟化點與轉變點之間的溫度區域內，把含Na2O或K2O的玻璃侵入鋰的熔鹽中，使玻璃中的Na+或與它們半徑小的熔鹽中的Li+相交換。
2、低溫型離子交換法
在不高於玻璃轉變點的溫度區域內，將玻璃侵在含有比玻璃中鹼離子半徑大的鹼離子熔鹽中。例如；用Na+置換Li+，或用K+置換Na+，然後冷卻。由於鹼離子的體積差造成表面壓應力層，提高了玻璃的強度。雖然比高溫型交換速度慢，但由於鋼化中玻璃不變形而具有實用價值。
二、低溫型離子交換法的工藝
（1）工藝流程
低溫型離子交換法的工藝如下：
原片檢驗—切裁—磨邊—清洗乾燥—低溫預熱—高溫預熱—離子交換—高溫冷卻—中溫冷卻—低溫冷卻—清洗乾燥—檢驗—包裝入庫。
（2）工藝參數
熔鹽材料： KNO3
輔助添加劑： 其它
鹽浴池熔鹽溫度: 410～500℃
交換時間： 根據產品增強需要而定
設計爐溫： 低溫預熱 200～300℃
高溫預熱 350～450℃
離子交換爐 410～500℃
高溫冷卻爐 350～450℃
中溫冷卻爐 200～300℃
低溫冷卻爐 150～200℃
（3） 容器的選擇
對一定的熔鹽，必須注意選擇容器材料。大多數鹽可以完全安全地盛在不銹鋼或高硅氧類玻璃燒杯內。含氯離子的熔鹽對不銹鋼有一定的侵蝕作用。溫度波動可以控制在±1℃。
三、 影響離子交換的工藝因素
（1）玻璃成分對離子交換的影響
玻璃的組成比工藝條件的變化對玻璃的強度影響更大。同普通鈉鈣硅酸鹽玻璃相比，含Al203多的鋁硅酸鹽玻璃化學鋼化結果，有較強、較厚的壓應力層。
Al2O3在離子交換中起加速作用，其原因在於Al2O3取代 SiO2後，體積增大，也有利於吸收大體積的K+離子，促進離子交換。Al2O3的合適用量為1%～17%。含量小於1%時，玻璃的化學穩定性差，含量大於17%時，生產玻璃時原料難溶。
通過合適的工藝條件，幾乎對含鹼（Na2O,Li2O）玻璃，都可以用K+交換，取得一定增強效果。其中以Na2O –CaO-SiO2及Na 2O-AI 2O3 –SiO2玻璃為基礎的化學鋼化玻璃使用最為廣泛。
（2）熔鹽成分對玻璃強度的影響
熔鹽材料起置換作用的是KNO3，其他為輔助添加劑。長期處於高溫狀態下的KNO3會發生少量分解，其濃度降低會造成成品的抗沖擊強度降低。
KNO3熔鹽的純度高時，雜質含量少，當KNO3純度不高時，雜質中會帶入小半徑離子，這些離子易於與Na+ 離子進行置換，從而妨礙了K+ 與Na+的置換。因為離子的半徑比K+半徑小，而置換之後表面產生的壓力就小，以致增強效果降低。經實驗證明，這些離子含量超過一定量時，應力值顯著下降，使用應力測試儀檢測時應力層模糊不清。
經過一定時間大批量玻璃進行離子交換後再取熔鹽進行化學分析，會得到如下結果：熔鹽中K2O含量比原料KNO3中K2O的含量減少，而熔鹽中Na2O含量比原料KNO3中Na2O增加。這是由於Na+在熔鹽中富集的結果，這種在熔鹽中富集會影響離子置換的進行，使玻璃增強效果不好，而且有使玻璃表面產生混濁，形如發霉的缺點。當Na2O含量在0．5%時，玻璃的增強開始受到影響。要使產品獲得穩定的強度，就必須經常補充熔鹽後並及時對熔鹽進行凈化處理，保持熔鹽的新鮮狀態。
（3）處理溫度
在低於玻璃應變溫度點時處理玻璃，熱擴散的速度是很慢的，而玻璃強度的提高又取決於K+的擴散系數。所以強度隨著處理溫度逐漸增高而增強。從動力學觀點分析，可以認為：擴散控制著交換過程，交換速度與溫度成指數關系。Na2O-CaO-SiO2玻璃在KNO3熔鹽中進行離子交換時，要求滿足105～126kJ／mol的條件。處理溫度較低時，達不到上述條件，交換過程不可能進行完全，也就不可能獲得足夠大的表面壓縮應力。強度雖然不會太高。反之，當溫度過高時，因玻璃結構的鬆弛，可使Na+和K+的重排或遷移而導致強度降低。只有當離子交換的應力積累大於玻璃網路離子的熱離解能時，強度的增加才能產生最大值。
（康寧玻璃，裕光YG-PN-8光電級硝酸鉀）
（鈉鈣玻璃，裕光YG-PN-8光電級硝酸鉀）
（4）處理時間
單位表面積玻璃吸收的物質（或離子）總量與時間的平方根成直線關系。因此，在一定的時間內，要使反應總量增加一倍，處理時間就得增加四倍。Na2O-CaO-SiO2系統玻璃在熔融的KNO3中處理，溫度和時間的關系可表示為：積分應力的累積率與離子交換速度減去玻璃鬆弛所引起的應力損失值成正比。
只要樣品的范圍保持無限大，在大的鬆弛時間內，積分應力的增大應與處理時間的平方根成直線關系。但與鬆弛時間T有關的處理時間變得較長時，應力可以以直線關系開始下降。可見，在一定溫度下處理的離子交換玻璃的強度，並不是隨著時間的增加可以無限地增大。玻璃在不同的處理時間、處理溫度的強度及離子交換層厚度值：
（康寧玻璃，裕光YG-PN-8光電級硝酸鉀）
（鈉鈣玻璃，裕光YG-PN-8光電級硝酸鉀）
從離子交換層的厚度來看，它並不是隨著時間的增長而越來越厚，而是當離子交換層到一定厚度後隨著時間的增長，離子交換層的厚度反而有減薄的趨勢。
（5）光電級硝酸鉀對化學強化離子交換的作用
目前光學玻璃化學強化生產使用的硝酸鉀均是採用工業級優等品標準的產品，純度要求達到99.7％，包括國內以及日本、以色列等進口品牌產品，目前執行的均為相同的行業標准，這個標準是對所有工業應用產品通用，以硝酸鉀主含量為檢測標准依據的出發點。裕光針對光學玻璃化學鋼化生產需求進行了專向研發，建立專門強化實驗室，對玻璃基板特別是目前觸摸屏蓋板玻璃使用最多的高鋁玻璃和鈉鈣玻璃進行了大量分析研究，不單純以主含量為依據，通過反向測試，嚴控影響鋼化生產的有害微量雜質，在工業級優級品標準的基礎上對產品採取多級提純工藝，開發出最適合玻璃鋼化使用的專用硝酸鉀產品。使強化效果達到最佳，同時延長熔鹽使用壽命。
(作者：佚名 編輯：admin)
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