一种壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸‑co‑丙烯酰胺）超吸水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能高分子技术领域，具体涉及一种壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸‑co‑丙烯酰胺)超吸水凝胶及其制备方法和应用。所述超吸水凝胶以壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺为原料，在引发剂和交联剂的作用下，通过接枝共聚和交联反应制备而成的一种新型超吸水凝胶；壳聚糖季铵盐的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的6.5％～75％；丙烯酰胺的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的10％～70％。所述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸‑co‑丙烯酰胺)超吸水凝胶具有优异的吸水、吸盐水、力学和抗菌性能，可用于个人卫生材料领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能高分子
，具体涉及一种壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
超吸水凝胶是三维立体交联的亲水性聚合物，可以吸收大量水的同时不会溶解，且部分凝胶对外部刺激具有不同的响应性。作为一种软材料，超吸水凝胶具有上述一般刚性材料不具备的性能，这使其具有特殊的应用优势。因此，广泛应用于生活卫生用品、医疗、农林园艺以及污水处理等领域。然而，超吸水凝胶的部分性能还有待加强，以便进一步扩大其应用范围。传统超吸水凝胶一般由合成高分子制备，但其生物降解性不足。随着当前社会对环保性的日益重视，采用具有良好生物降解性的天然高分子制备超吸水凝胶已成为一个重要趋势。其中，纤维素和淀粉等制备的超吸水凝胶具有较好的吸水性能和生物降解性，是一类环境友好型的原材料。但是由于人们对生活用品质量的需求不断提高，对超吸水凝胶的其它性能也提出了新的要求，例如具有一定的抑菌和力学等性能。为了增加超吸水凝胶的抑菌性能，一般将超吸水凝胶额外混合或者吸附一些小分子抗菌剂，如无机金属银或有机醛类等。壳聚糖作为一种天然可降解高分子，当其分子链上引入抗菌基团后则对细菌生长具有一定抑制效果，因此，可以将壳聚糖衍生物制备成为抗菌性可降解超吸水凝胶。此外，壳聚糖只溶解于弱酸，使其在材料的制备和应用上都受到了一定的限制。壳聚糖季铵盐为一种引入了季铵盐基团的壳聚糖衍生物，不仅具备壳聚糖生物相容和可降解等优点，而且显著改善了壳聚糖的水溶性，具有良好的抑菌和吸附等性能，有望应用于日化、医药和食品等领域。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种具有优异的吸水、吸盐水、力学和抗菌性能的壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶及其制备方法和应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶，由壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺在引发剂和交联剂的作用下制备而成，所述壳聚糖季铵盐的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的6.5％～75％。上述方案中，所述丙烯酰胺的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的10％～70％。上述方案中，所述引发剂为过硫酸钾。上述方案中，所述引发剂的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的0.25％～1.25％。上述方案中，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。上述方案中，所述交联剂的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的0.05％～0.30％。上述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将壳聚糖季铵盐加入到水中，充分搅拌使其溶解后得到壳聚糖季铵盐溶液；(2)在冰浴条件下，用氢氧化钠对丙烯酸进行滴定中和；(3)中和结束后，再往丙烯酸溶液中加入丙烯酰胺，充分混合均匀；(4)将步骤(3)所得丙烯酸和丙烯酰胺的混合溶液加入至壳聚糖季铵盐溶液中，混合均匀；再向其中加入引发剂溶液，氮气保护下于一定温度进行预引发；然后加入交联剂溶液，氮气保护下加热到一定温度进行交联反应；(5)反应结束后，将所得凝胶洗涤、干燥后即得到壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶。上述方案中，步骤(4)所述预引发的温度为30℃，时间为15分钟。上述方案中，步骤(4)所述交联反应的温度为65℃，反应时间为3小时。上述方案中，步骤(5)所述干燥为冷冻干燥或烘干，所述烘干的温度低于60℃。上述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶在个人卫生材料领域的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术以壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺为原料，通过接枝共聚和交联反应获得一种新型超吸水凝胶，所述超吸水凝胶具有优异的吸水、吸盐水、力学和抗菌性能；(2)本专利技术所述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的吸水、吸盐水、力学和抗菌性能可根据不同使用需要，通过调节壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺的用量、引发剂和交联剂用量进行调控，可以满足不同的具体使用需求；(3)本专利技术所述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶由于引入了天然高分子，材料具有可降解性，从而减少了环境污染；(4)本专利技术所述壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶可用于个人卫生材料领域；(5)本专利技术制备工艺简单，成本低，有望实现产业化应用。附图说明图1为本专利技术中壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的合成过程以及微观结构示意图。图2为本专利技术中壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的扫描电镜图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶，通过如下方法制备得到：(1)将壳聚糖季铵盐(用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的12.5％)加入到水中，充分搅拌使其溶解后得到壳聚糖季铵盐溶液；(2)在冰浴中用氢氧化钠对丙烯酸进行滴定中和；(3)往上述所得丙烯酸溶液中加入丙烯酰胺(丙烯酰胺用量为两种单体总质量的10％)，充分混合均匀；(4)将丙烯酸和丙烯酰胺混合溶液加入至壳聚糖季铵盐溶液中，混合均匀；加入过硫酸钾(用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的1.0％)溶液，氮气保护下于30℃预引发15分钟；然后加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的0.2％)溶液，氮气保护下于65℃反应3小时；(5)反应结束后，将得到的凝胶洗涤，冷冻干燥后即可得到壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶。超吸水凝胶的吸水性能采用称重法进行测试，吸水率按式(1)计算：We为吸水平衡时的超吸水凝胶重量(g)，W0为吸水前的干态超吸水凝胶初始质量(g)，吸盐水率也按式(1)计算。本实施例制备得到壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的吸水率达到774g/g，吸盐水率为88g/g，结果表明丙烯酰胺的引入致使该超吸水凝胶具有优异的吸水和吸盐水性能。图1为本实施例制备得到的壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的合成过程及微观结构示意图，壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的扫描电镜图见图2。从图1可以看出：采用含有非离子型基团的丙烯酰胺单体与含有离子型基团的丙烯酸单体间的共聚，在壳聚糖季铵盐上接枝了聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)共聚物，通过聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)共聚物分子链间的交联作用，生成了一种新型超吸水凝胶。图2的壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶的扫描电镜图显示，由于丙烯酰胺的引入，该超吸水凝胶具有均匀的三维多孔立体网络结构。实施例2一种壳聚糖季铵盐接枝聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)超吸水凝胶，通过如下方法制备得到：(1)将壳聚糖季铵盐(用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的12.5％)加入到水中，充分搅拌使其溶解后得到壳聚糖季铵盐溶液；(2)在冰浴中用氢氧化钠对丙烯酸进行滴定中和；(3)往上述所得丙烯酸溶液中加入丙烯酰胺(丙烯酰胺和丙烯酸的用量各占总单体质量的50％)，充分混合均匀；(4)将丙烯酸和丙烯酰胺混合溶液加入至壳聚糖季铵盐溶液中，混合均匀；加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸‑co‑丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，由壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺在引发剂和交联剂的作用下制备而成，所述壳聚糖季铵盐的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的6.5%~75%。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，由壳聚糖季铵盐、丙烯酸和丙烯酰胺在引发剂和交联剂的作用下制备而成，所述壳聚糖季铵盐的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的6.5%~75%。2.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，所述丙烯酰胺的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的10%~70%。3.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾。4.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，所述引发剂的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的0.25%~1.25%。5.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。6.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐接枝聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）超吸水凝胶，其特征在于，所述交联剂的用量为丙烯酸和丙烯酰胺两种单体总质量的0...

【专利技术属性】
技术研发人员：何广华，林仕良，柯弯弯，祝超，刘良，李亚，庆笑艳，吕翠芳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42