[发明专利]一种壳聚糖基高吸水树脂清洁生产工艺

说明书

本发明公开了一种用甲壳素直接生产壳聚糖基高吸水性树脂的清洁工艺。该工艺通过少量高浓度强碱与甲壳素粉末混合后，用真空或冻融循环处理强制碱分子渗透进入甲壳素颗粒内部，经稀释后获得甲壳素均相溶液，在低碱浓度下经过温和的均相脱乙酰处理得到不同脱乙酰度壳聚糖溶液，直接向其中加入引发剂、丙烯酸和交联剂，经恒温静置聚合后获得壳聚糖基高吸水树脂。利用脱乙酰剩余的碱分子中和丙烯酸，产物以水凝胶形式存在，既无多余试剂排放，又简化了后处理工艺，能有效减轻环境污染，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及高分子水凝胶领域，具体涉及一种壳聚糖基高吸水树脂清洁生产工艺。

背景技术

壳聚糖是迄今为止人类发现的唯一大量存在的碱性多糖，具有良好的生物相容性、多种生物活性以及优良的物理化学性质和可加工性，壳聚糖基材料已经被广泛应用于生物医药、生理卫生、食品工业、化学化工、纺织印染、农业、环保等多个领域。高吸水树脂是一种新型的适度交联的具有三维凝胶网络结构的材料，不仅可以吸收相当于自身干重几百上千倍的水，而且吸水溶胀后形成的水凝胶具有良好的保水性和耐候性，已经被广泛应用于农林、建筑、食品、石油钻探、医疗卫生、环境保护等领域。壳聚糖基高吸水树脂不仅具有传统高吸水树脂的优良性能，而且具有独特的抑菌性能、pH值和离子响应性、载药性能等，在医药、卫生和护理领域有着广泛而重要的潜在应用价值。目前，壳聚糖基高吸水树脂的制备方法有溶液聚合、反相悬浮聚合、微波辅助聚合、原子转移自由基聚合和可逆加成-断裂链转移自由基聚合技术等，但大多处于实验室研究阶段。一般将脱乙酰度大于55%的能够溶于1%盐酸或乙酸的可溶性甲壳素视为壳聚糖，但在自然界中，壳聚糖的存在量非常少，主要是以其前体甲壳素的形式广泛存在于虾、蟹、昆虫等节肢动物和蘑菇、曲霉等真菌细胞中。壳聚糖的生产主要采用高浓度碱对甲壳素进行脱乙酰处理，尽管生产工艺已经非常成熟，但需要用10倍体积的45-50%的NaOH溶液在90℃对甲壳素进行长达10h的脱乙酰处理，不仅能耗大、时间长，而且只有极少量NaOH用于参加脱乙酰反应，大量的NaOH排放不仅造成资源浪费，而且带来严重的环境污染。如何充分利用资源并减轻环境污染是广大化学工作者重点关注的课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种以甲壳素为原料直接合成具有壳聚糖基高吸水性树脂优异性能的pH响应性高吸水树脂合成工艺，以符合资源节约型、环保型工业化生产需要。

本发明所采取的技术方案是：

一种壳聚糖基高吸水树脂清洁生产工艺，该工艺是通过下列步骤来完成的：

（1）原料预处理：将1重量份甲壳素粉末分散于3-7重量份25-45wt%强碱溶液中，通过冻融循环处理，强制强碱溶液渗透进入甲壳素颗粒内部；

（2）碱甲壳素溶液的制备：向步骤（1）经预处理的碱甲壳素混合物中加入20-40重量份纯水，直接使用或经过均相脱乙酰制成壳聚糖溶液使用；

（3）恒温静置聚合：向步骤（2）获得的甲壳素溶液或壳聚糖溶液中直接加入0.075-0.1重量份引发剂过硫酸铵、10-14重量份丙烯酸和0.075重量份交联剂乙二胺四乙酸二钠或0.02重量份交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，置于60-75℃恒温水浴中反应2-7h，获得白色或透明水凝胶；

（4）高吸水树脂的干燥：向上一步获得的水凝胶中加入少量乙醇，防止剪成小块的凝胶再次粘连，将凝胶块置于50-70℃烘箱中鼓风干燥，得到壳聚糖基高吸水树脂。

进一步地，所述强碱溶液是LiOH、NaOH和KOH中的一种。

进一步地，所述冻融循环处理的冷冻温度为-15～-25℃，解冻采用自然解冻、恒温水浴解冻、高压蒸煮或微波解冻中的一种。

进一步地，丙烯酸经过滤除去沉淀物后直接加入壳聚糖溶液中，利用脱乙酰剩余的碱对其进行中和，不需要另外添加碱，根据原料预处理时碱的使用量控制丙烯酸中和度为30-80%。