[发明专利]一种羽毛蛋白基高吸水树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种羽毛蛋白基高吸水树脂的制备方法，属于化学与环境技术领域。

背景技术

高吸水性树脂是近年来发展最快的功能高分子材料之一,它是含有羧基、磺酸基、羟基、酰胺基等强亲水性基团并具有三维网络结构的高分子聚合物,由于其独特的吸水和保水能力,已在医疗卫生、农林园艺、食品加工、土木建筑、石油开采等领域具有广泛的应用。根据合成原料不同，高吸水树脂可分为淀粉系、纤维素系以及合成系；淀粉或纤维素接枝亲水性单体而制备的高吸水树脂分别称为淀粉系和纤维素系，这类高吸水树脂尽管价格低廉，但吸水性能差、产品易霉变等缺点，应用范围受到限制。合成系高吸水树脂多采用亲水性单体或者聚合物制造，例如聚乙烯醇、丙烯酸、丙烯酞胺等。

羽毛是禽类表皮细胞角质化的衍生物，占体重5%～11%，蛋白质含量80%～90%。蛋白质本身就是一种亲水性材料,蛋白质大分子主链上分布着羧基、氨基、酰胺基、羟基、巯基等亲水基团,与水分子有较强的亲和力。将蛋白质加入丙烯酸的聚合体系,应用于高吸水性树脂的制备,一方面可以有效改善树脂的吸水性能,另一方面也可以在一定程度上提高树脂的生物降解性能。互穿网络技术是近年来新兴的合成技术，利用该法可将不相容或部分相容的聚合物合并在一起，使2种或3种高吸水树脂网络尽可能均匀地混合并互相穿插，以获得性能互补的高性能互穿网络高吸水树脂，较大幅度的提高树脂吸收盐水的能力。一种线性高分子与一种交联聚合物网络互穿在一起称为半互穿聚合物网络结构，在网络与链段之间存在物理贯穿，且几乎无化学结合，同时具有一般物理共混、接枝、嵌段聚合物的优异性能。

CN201210135108.2公开了一种复合型高吸水树脂的制备方法。先将小麦秸秆预处理、钠基膨润土用十六烷基三甲基溴化铵改性处理，将预处理后的小麦秸秆、改性膨润土与丙烯酸、丙烯酰胺共聚合成高吸水性树脂；用过硫酸钾溶液、硝酸铈胺溶液和亚硫酸钠溶液作为复合引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。所制得的复合型高吸水性树脂成本低，吸水性和耐盐性好，适用pH值范围6-10之间，可广泛应用于工农业生产。但是，该方法的主要原料为小麦秸秆，属于纤维素系高吸水树脂的合成，吸水性能不佳，产品易霉变。

另一方面，用羽毛为原料制备高吸水性树脂的现有技术中，主要利用甲醛和亚硫酸氢钠对羽毛进行预处理，工艺复杂；且所合成的高吸水树脂的吸水倍率不佳，在去离子水中吸水倍率约为550g／g，产品pH的适用范围也较窄，仅在中性或偏碱性条件下有较好的吸水倍率，在酸性条件下吸水效果不佳。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种半互穿网络结构的羽毛蛋白基高吸水树脂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种羽毛蛋白基高吸水树脂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将羽毛清洗后烘干，粉碎，备用；

（2）将粉碎后的羽毛在85-95℃温度下于质量分数为0.4-0.6%的碱溶液中浸泡1.5-3小时，冷却至室温后滤去不溶物,得羽毛蛋白的提取液；

（3）向步骤(2)制得的羽毛蛋白的提取液中加入引发剂，所述引发剂为过硫酸钾、硝酸铈铵和亚硫酸钠组成的复合引发剂；

先加入过硫酸钾溶液和硝酸铈铵溶液，于45~50℃温度，搅拌15～20min，再加入亚硫酸钠溶液和中和度为55%~95%的丙烯酸单体，继续搅拌15～20min，然后加入聚乙烯醇溶液并加入交联剂，在30~70℃温度下交联反应3~4小时；

其中，以纯品质量计，所述羽毛蛋白：丙烯酸：聚乙烯醇质量比＝1:（8~14）:（1~3）；复合引发剂的质量占丙烯酸单体质量的0.5~3%，过硫酸钾：硝酸铈铵：亚硫酸钠=（14-16）：（2-4）：（4-6）质量比，交联剂的质量占丙烯酸单体质量的0.16~0.72%；所述交联剂为质量浓度为18-22mg/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液；

（4）反应结束后，将产物过滤取出在65-75℃温度下烘干，即得。

根据本发明优选的，步骤（1）所述的羽毛选自鸡、鸭、鹅或鸽的羽毛。

根据本发明优选的，步骤（1）所述的烘干温度为65~80℃。

根据本发明优选的，步骤（2）中的碱溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。进一步的，所述的碱溶液质量分数为0.4-0.5%，特别优选0.45%。

根据本发明优选的，步骤（2）浸泡温度为91-92℃；浸泡时间为1.5-2小时，特别优选1.5小时。