[发明专利]利用辉光放电电解等离子体引发聚合制备壳聚糖/丙烯酸复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种壳聚糖/丙烯酸水凝胶复合材料的制备方法，尤其涉及一种利用辉光放电电解等离子体引发合成壳聚糖/丙烯酸水凝胶的方法。

背景技术

壳聚糖（Chitosan，CS）是甲壳素经脱乙酰化反应得到的一种天然阳离子高分子聚合物，由氨基葡萄糖单元和N-乙酰氨基葡萄糖单元组成，是自然界唯一大量存在的碱性多糖，不仅来源丰富，且具有良好的组织相容性、生物可降解性和黏附性。然而，壳聚糖分子中的游离氨基可以接受质子成盐，在酸性溶液中可以溶解，造成流失，严重限制了其应用。因此，提高耐酸性是目前壳聚糖改性研究的热点之一。

壳聚糖分子链上丰富的羟基和氨基使其易于进行化学修饰，如经过酰化、羧化及羟基化改性后引入刺激响应型聚合物或小分子，赋予壳聚糖新的结构和性能，使其成为由天然多糖和合成高分子组成的具有三维网络结构的智能高分子水凝胶，大大改善了壳聚糖的水溶性和保湿性，并改变了壳聚糖分子侧链基团在不同pH值溶液中的解离特性。据此，壳聚糖基水凝胶材料可望在医疗卫生、农业园艺、污水净化、生物材料等方面具有一定的应用价值。迄今为止，壳聚糖基水凝胶的主要制备方法有化学引发法、辐射引发法以及光引发法，近来也出现了一些关于微波引发的报道。

辉光放电电解等离子体（GDEP）属非平衡等离子体，是一种新型的产生等离子体的电化学方法。辉光放电电解过程中发生的现象与普通电解明显不同，Hickling等提出水溶液中辉光放电电解所引发的化学反应为：

H₂O⁺_gas + nH₂O → nOH? + nH?

H?+H?→ H₂

?OH + ?OH → H₂O₂

?OH + H₂O₂ → HO₂? + H₂O

?OH + HO₂? → H₂O+O₂

H? + ?OH → H₂O

研究表明，辉光放电电解最显著的特征是非法拉第性（电压大于320 V，产物产额与法拉第定律偏离），即被转化的物质的量大大超过了按法拉第电量计算所得的值。如Sengupta等用Ce³⁺作·OH捕获剂研究辉光放电电解时得出每通过1 mol电子在液相反应区生成约12 mol的·OH, 远超过了按法拉第定律计算的产量。由于·OH具有很高的活性，可以和水溶液中丙烯酸的双键、壳聚糖分子链上的氨基等反应形成自由基，最终在交联剂作用下得到CS/AA水凝胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用辉光放电电解等离子体引发聚合制备壳聚糖/丙烯酸复合材料的方法。

本发明利用辉光放电电解等离子体引发聚合制备壳聚糖/丙烯酸复合材料的方法，是以壳聚糖、和丙烯酸为原料，以N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，利用辉光放电电解等离子体在乙酸水溶液中引发聚合，一步制得壳聚糖/丙烯酸复合材料。

其具体工艺为：将壳聚糖和交联剂充分溶解于乙酸水溶液中，加入丙烯酸，于60~90 ℃搅拌10~30 min；再在电压550~650 V 、电流65~40 mA下辉光放电2~6 min后降电流为10 mA以下，停止放电；继续搅拌3~5 h，冷却至室温，得到果冻状凝胶；将果冻状凝胶剪碎至直径为2~5 mm的碎块，再用NaOH溶液中和至中和度达60%~90%，然后用水、乙醇洗涤除去未反应的单体，干燥，得到壳聚糖/丙烯酸水凝胶；粉碎，过100目筛，得到壳聚糖/丙烯酸干凝胶复合材料。

所述壳聚糖与丙烯酸的质量比为1:20~1:3。

所述交联剂与壳聚糖的质量比为1:1~1:6。

所述乙酸水溶液的质量百分数为1%~5%。

所述干燥是在40~70 ℃下真空干燥。

下面通过红外光谱、热重分析、扫描电镜、吸水性测试、耐盐性测试，pH敏感性测试、吸附染料亚甲基蓝对本发明制备的多功能复合材料的结构、形貌、性能进行分析说明。

1、红外光谱