[发明专利]壳聚糖/2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备壳聚糖/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(CS/AMPS)水凝胶的新方法，属于功能高分子材料领域。

背景技术

壳聚糖(Chitosan，CS)是甲壳素的部分脱乙酰基化产物，是仅次于纤维素的第二大多糖类天然高分子化合物。壳聚糖的生物相容性好, 且能被生物降解, 降解产物无毒性；壳聚糖及其衍生物还具有抗病毒性、抗微生物性、对重金属离子的螯合性等独特的性质。它们有望在药物释放、重金属回收、污水处理、膜分离、日用化工等方面获得应用。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，大大改善壳聚糖的水溶性和保湿性，并改变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、农林园艺、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。一般来说，用化学方法制备壳聚糖基水凝胶的过程中需要N₂保护，并加入少量引发剂，产生二次污染。而物理引发也需要N₂保护，虽无二次污染，但产生的水凝胶结构不均匀。

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一种含有亲水性磺酸功能团和非离子型酰胺基的阴离子型乙烯基单体，磺酸基使其具有离子交换性，活泼的碳碳双键使其易发生聚合、加成反应。一般而言，CS/AMPS水凝胶可以由壳聚糖(CS)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)在醋酸溶液中氮气保护下采用化学引发、辐射引发、紫外光引发聚合并交联而得，但步骤繁多，产生二次污染，性能不佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中合成CS/AMPS条件苛刻、性能差等缺陷，提供一种方便、快捷合成CS/AMPS水凝胶的新方法。

本发明CS/AMPS水凝胶的制备新方法，用壳聚糖(CS)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，在水溶液中，一定温度下搅拌一步制得壳聚糖/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(CS/AMPS)水凝胶。

具体制备工艺为：在250 mL三口瓶中加入0.2~0.6 g CS和20~70倍的水，30~ 90 ℃下以90~120 r/min搅拌5-30 min，然后加入6~20倍的AMPS和0.02-0.16倍交联剂MBA，继续搅拌20 min，溶液出现乳白色，继续在60~80 ℃搅拌30~180 min，冷却产物至室温，得到白色果冻状产物，取出。将产品剪为直径约2~5 mm的碎块，再用1 mol/L NaOH中和使中和度达40%~90%，再将产物用蒸馏水洗涤数次以除去未反应的单体，无水乙醇洗涤数次，40~70℃干燥，粉碎，过100目筛后，得到壳聚糖/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸水凝胶(CS/AMPS)。

下面通过红外光谱、X射线衍射、热重分析、扫描电镜表征材料的结构和形貌，用称重法对其吸水性能进行评价，用水凝胶对阳离子染料的吸附量来评价其吸附性能。

1、红外测试

用DIGILAB FTS 3000 FT-IR型红外光谱仪(KBr压片)在400-4000 cm^-1表征复合材料的结构。a为CS的红外光谱，在3430-3391 cm^-1处出现较宽的吸收峰，这是由氢键缔合的-OH与-NH的伸缩振动吸收峰叠加而增宽的多重吸收峰，1155 cm^-1处为C-O-C(糖苷键)的特征吸收峰；1089 cm^-1处为壳聚糖分子上二级羟基C3-OH 的伸缩振动吸收峰；1030 cm^-1处为壳聚糖分子上一级羟基C6-OH 的特征吸收峰；896 cm^-1处为多糖的β-构型糖苷键的特征峰。