离子交换网屏
❶ 请教各位大神，如何能降低海藻酸钠与氯化钙发生离子交换后所形成凝胶的吸水率
将溶解好的海藻酸钠溶液加入溶解好的明胶水溶液，将两种溶液按一定比例共混，脱泡、减压脱泡后，在室温条件下于凝固浴中以湿法纺丝制备海藻/明胶纤维，该共混纤维具有较高的生理活性、优良的力学性能和吸水率，在医疗领域具有广泛的应用前景，尤其适用于制造无纺布作伤口敷料。 海藻酸微溶于水，不溶于大部分有机溶剂。它溶于碱性溶液，使溶液具有粘性。海藻酸钠粉末遇水变湿，微粒的水合作用使其表面具有粘性。然后微粒迅速粘合在一起形成团块，团块很缓慢的完全水化并溶解。如果水中含有其它与海藻酸盐竞争水合的化合物，则海藻酸钠更难溶解于水中。水中的糖、淀粉或蛋白质会降低海藻酸钠的水合速率，混合时间有必要延长。单价阳离子的盐（如NaCl）在浓度高于0.5％时也会有类似的作用。海藻酸钠在1％的蒸馏水溶液中的pH值约为7.2。 稳定性 海藻酸钠具有吸湿性，平衡时所含水分的多少取决于相对湿度。干燥的海藻酸钠在密封良好的容器内于25℃及以下温度储存相当稳定。海藻酸钠溶液在pH5～9时稳定。聚合度（DP）和分子量与海藻酸钠溶液的粘性直接相关，储藏时粘性的降低可用来估量海藻酸钠去聚合的程度。高聚合度的海藻酸钠稳定性不及低聚合度的海藻酸钠。据报道海藻酸钠可经质子催化水解，该水解取决于时间、pH和温度。藻酸丙二醇酯溶液在室温下、pH3～4时稳定；pH小于2或大于6时，即使在室温下粘性也会很快降低。 免疫原性和生物相容性 海藻酸钠是一种天然、生物能降解的生物高聚物。海藻酸钠中发现的化学成分和促有丝分裂的杂质是海藻酸盐钠具有免疫原性的主要原因。很多报道显示植入海藻酸钠会产生纤维化反应。据知海藻酸钠可能含有热原、多酚、蛋白质和复杂的碳水化合物。多酚的存在很可能对固定化细胞有害，而热原、蛋白质和复杂的碳水化合物会诱使宿主产生免疫反应。 Yang S用新的交联方法制备了明胶/海藻酸钠复合物类的可吸收海绵体。对其进行SEM观察发现，海绵基本是均匀的，且证明形态取决于明胶/海藻酸钠比例，与交联度无关。虽然发生了交联反应，海绵在胶原酶的生理盐水缓冲液中仍可降解。 海藻酸/胶原共混纤维生物相容性好，粘附性强，具有促进伤口愈合的活性功能及止血功能，具有较好的药物及生长缓释作用，可与局部抗菌药物组合制成基因工程敷料用于感染创面；也可与活性生长因子或活性细胞组合制成基因工程敷料用于顽固性溃疡及烧伤创面；无菌、低过敏原、无毒、无热源。 海藻酸/(胶原)明胶纤维的强度是利用Ca++交联及其之间的聚电解质效应而得到的。海藻酸钠能与Ca++络合形成水凝胶，主要反应机理为G单元与Ca++络合交联，形成蛋盒(egg-box)结构，G基团堆积而形成交联网络结构，转变成水凝胶纤维而析出。酸浴的主要作用是得到-NH3+，因为在制备纺丝液时，需要调节(胶原)明胶的pH值为弱碱性，目的是屏蔽掉(胶原)明胶的-NH3+，避免(胶原)明胶与海藻酸钠形成凝胶沉淀，提高二者的相容性；而纺制成纤维后在酸浴中将 (胶原)明胶的-NH2转变成为-NH3+，NH3+与-COO-产生聚电解质效应，提高纤维之间的交联度，提高了纤维的断裂强度。
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一、离子交换化学钢化法
把玻璃侵在高温熔融盐中，玻璃中的碱离子与熔盐中的碱离子因相互扩散而发生离子交换，因在交换层产生压应力而使强度增大。
1、高温型离子交换法
在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，把含Na2O或K2O的玻璃侵入锂的熔盐中，使玻璃中的Na+或与它们半径小的熔盐中的Li+相交换。
2、低温型离子交换法
在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃侵在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。例如；用Na+置换Li+，或用K+置换Na+，然后冷却。由于碱离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。虽然比高温型交换速度慢，但由于钢化中玻璃不变形而具有实用价值。
二、低温型离子交换法的工艺
（1）工艺流程
低温型离子交换法的工艺如下：
原片检验—切裁—磨边—清洗干燥—低温预热—高温预热—离子交换—高温冷却—中温冷却—低温冷却—清洗干燥—检验—包装入库。
（2）工艺参数
熔盐材料： KNO3
辅助添加剂： 其它
盐浴池熔盐温度: 410～500℃
交换时间： 根据产品增强需要而定
设计炉温： 低温预热 200～300℃
高温预热 350～450℃
离子交换炉 410～500℃
高温冷却炉 350～450℃
中温冷却炉 200～300℃
低温冷却炉 150～200℃
（3） 容器的选择
对一定的熔盐，必须注意选择容器材料。大多数盐可以完全安全地盛在不锈钢或高硅氧类玻璃烧杯内。含氯离子的熔盐对不锈钢有一定的侵蚀作用。温度波动可以控制在±1℃。
三、 影响离子交换的工艺因素
（1）玻璃成分对离子交换的影响
玻璃的组成比工艺条件的变化对玻璃的强度影响更大。同普通钠钙硅酸盐玻璃相比，含Al203多的铝硅酸盐玻璃化学钢化结果，有较强、较厚的压应力层。
Al2O3在离子交换中起加速作用，其原因在于Al2O3取代 SiO2后，体积增大，也有利于吸收大体积的K+离子，促进离子交换。Al2O3的合适用量为1%～17%。含量小于1%时，玻璃的化学稳定性差，含量大于17%时，生产玻璃时原料难溶。
通过合适的工艺条件，几乎对含碱（Na2O,Li2O）玻璃，都可以用K+交换，取得一定增强效果。其中以Na2O –CaO-SiO2及Na 2O-AI 2O3 –SiO2玻璃为基础的化学钢化玻璃使用最为广泛。
（2）熔盐成分对玻璃强度的影响
熔盐材料起置换作用的是KNO3，其他为辅助添加剂。长期处于高温状态下的KNO3会发生少量分解，其浓度降低会造成成品的抗冲击强度降低。
KNO3熔盐的纯度高时，杂质含量少，当KNO3纯度不高时，杂质中会带入小半径离子，这些离子易于与Na+ 离子进行置换，从而妨碍了K+ 与Na+的置换。因为离子的半径比K+半径小，而置换之后表面产生的压力就小，以致增强效果降低。经实验证明，这些离子含量超过一定量时，应力值显著下降，使用应力测试仪检测时应力层模糊不清。
经过一定时间大批量玻璃进行离子交换后再取熔盐进行化学分析，会得到如下结果：熔盐中K2O含量比原料KNO3中K2O的含量减少，而熔盐中Na2O含量比原料KNO3中Na2O增加。这是由于Na+在熔盐中富集的结果，这种在熔盐中富集会影响离子置换的进行，使玻璃增强效果不好，而且有使玻璃表面产生混浊，形如发霉的缺点。当Na2O含量在0．5%时，玻璃的增强开始受到影响。要使产品获得稳定的强度，就必须经常补充熔盐后并及时对熔盐进行净化处理，保持熔盐的新鲜状态。
（3）处理温度
在低于玻璃应变温度点时处理玻璃，热扩散的速度是很慢的，而玻璃强度的提高又取决于K+的扩散系数。所以强度随着处理温度逐渐增高而增强。从动力学观点分析，可以认为：扩散控制着交换过程，交换速度与温度成指数关系。Na2O-CaO-SiO2玻璃在KNO3熔盐中进行离子交换时，要求满足105～126kJ／mol的条件。处理温度较低时，达不到上述条件，交换过程不可能进行完全，也就不可能获得足够大的表面压缩应力。强度虽然不会太高。反之，当温度过高时，因玻璃结构的松弛，可使Na+和K+的重排或迁移而导致强度降低。只有当离子交换的应力积累大于玻璃网络离子的热离解能时，强度的增加才能产生最大值。
（康宁玻璃，裕光YG-PN-8光电级硝酸钾）
（钠钙玻璃，裕光YG-PN-8光电级硝酸钾）
（4）处理时间
单位表面积玻璃吸收的物质（或离子）总量与时间的平方根成直线关系。因此，在一定的时间内，要使反应总量增加一倍，处理时间就得增加四倍。Na2O-CaO-SiO2系统玻璃在熔融的KNO3中处理，温度和时间的关系可表示为：积分应力的累积率与离子交换速度减去玻璃松弛所引起的应力损失值成正比。
只要样品的范围保持无限大，在大的松弛时间内，积分应力的增大应与处理时间的平方根成直线关系。但与松弛时间T有关的处理时间变得较长时，应力可以以直线关系开始下降。可见，在一定温度下处理的离子交换玻璃的强度，并不是随着时间的增加可以无限地增大。玻璃在不同的处理时间、处理温度的强度及离子交换层厚度值：
（康宁玻璃，裕光YG-PN-8光电级硝酸钾）
（钠钙玻璃，裕光YG-PN-8光电级硝酸钾）
从离子交换层的厚度来看，它并不是随着时间的增长而越来越厚，而是当离子交换层到一定厚度后随着时间的增长，离子交换层的厚度反而有减薄的趋势。
（5）光电级硝酸钾对化学强化离子交换的作用
目前光学玻璃化学强化生产使用的硝酸钾均是采用工业级优等品标准的产品，纯度要求达到99.7％，包括国内以及日本、以色列等进口品牌产品，目前执行的均为相同的行业标准，这个标准是对所有工业应用产品通用，以硝酸钾主含量为检测标准依据的出发点。裕光针对光学玻璃化学钢化生产需求进行了专向研发，建立专门强化实验室，对玻璃基板特别是目前触摸屏盖板玻璃使用最多的高铝玻璃和钠钙玻璃进行了大量分析研究，不单纯以主含量为依据，通过反向测试，严控影响钢化生产的有害微量杂质，在工业级优级品标准的基础上对产品采取多级提纯工艺，开发出最适合玻璃钢化使用的专用硝酸钾产品。使强化效果达到最佳，同时延长熔盐使用寿命。
(作者：佚名 编辑：admin)
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