一种化学改性黄原胶的制备方法与流程

本发明属于化学改性黄原胶领域，具体涉及一种化学改性黄原胶的制备方法。

背景技术：

黄原胶又称黄胶、汉生胶，黄单胞多糖，是淀粉经黄胞杆菌发酵而产生的胞外多糖类生物聚合物，无毒、可降解、具有高黏度，耐酸、碱、盐、耐热的特性以及悬浮性和触变性等独特的理化性质，具有许多高分子合成材料、天然生物高分子材料所不具备的优良性能。

目前黄原胶的改性方法很多，复配、疏水、与过渡金属交联、接枝共聚、微波、辐射等。其中通过与烯类单体进行接枝共聚反应，可以使黄原胶的性能得到进一步改进或获得新的特性，从而得到更广泛的应用。现有文献曾报道过黄原胶与丙烯酰胺进行接枝共聚，既保留了黄原胶自身的特性，又具有丙烯酰胺均聚物的特点。但是丙烯酰胺单体浓度对接枝共聚反应影响较大，需要在较高浓度的丙烯酰胺条件下才能获得高的接枝率。另外研究已知过量丙烯酰胺可致癌，使得这种改性黄原胶应用前景受限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种化学改性黄原胶的制备方法，在较低的黄原胶与丙烯酰胺比例的条件下也能获得高的接枝率，获得的改性黄原胶絮凝效果增强，使黄原胶具有更广阔的应用前景。

本发明的一种化学改性黄原胶的制备方法，以过硫酸钾为引发剂，丙烯酰胺为接枝单体，三羟甲基丙烷三缩水甘油醚为交联剂，制备接枝共聚物。

所述制备方法具体操作如下：将黄原胶溶解在蒸馏水中，置于25～30℃恒温水浴锅中恒温搅拌并通氮气保护，待黄原胶完全溶解后加入丙烯酰胺和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚搅拌，待水浴温度达到50～70℃并且在完全无氧条件下，加入过硫酸钾并搅拌反应3～5h，反应物经后续纯化处理得到改性黄原胶。

所述黄原胶与所述丙烯酰胺的质量比为1：5～15。

所述黄原胶与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的质量体积比为1:0.26～0.76。

所述黄原胶与所述过硫酸钾的质量比为1:0.2～0.4。

所述后续纯化处理包括以下步骤：在反应物中边搅拌边倒入体积比为1～4:1的乙醇/水混合溶剂沉降，沉降物用体积比为1～4:1的乙醇/水混合溶剂充分洗涤，后用体积比为1～4:1的乙醇/水混合溶剂浸泡12～24h，过滤，干燥即得改性黄原胶。

本发明可以在较低的黄原胶与丙烯酰胺比例的条件下也能获得高的接枝率，即所述黄原胶与所述丙烯酰胺的质量比为1：5，所述黄原胶与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的质量体积比为1:0.76，所述黄原胶与所述过硫酸钾的质量比为1:0.4，并且反应的水浴温度达到70℃。

本发明化学改性的主要作用机理是在聚合过程中，过硫酸钾引发剂在加热下分解产生硫酸根阴离子自由基。然后硫酸根自由基与黄原胶链反应，破坏了黄原胶中d-葡萄糖的环结构，导致形成一些更活泼的基团，如烷氧基。同时硫酸根自由基攻击丙烯酰胺和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚分子，导致丙烯酰胺和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚自由基的形成。在反应位点附近的单体分子黄原胶，丙烯酰胺和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚成为由链起始产生的自由基的受体，其后自身成为邻近分子的自由基供体，这导致接枝链无限增长。在链增长期间，聚合物链与交联剂三羟甲基丙烷三缩水甘油醚的末端乙烯基反应。然后，共聚物由逐渐形成的交联和网络结构构成，得到改性黄原胶。

本发明的显著优点在于：

(1)化学改性黄原胶可使黄原胶吸水增强，溶胀性能提高，孔径增大，絮凝效果增强，在较低黄原胶与丙烯酰胺比例的条件下也能获得高的接枝率；

(2)本发明操作简便，成本较低；

(3)本发明制得的改性黄原胶可用做吸附剂在工业废水中发挥很大作用，也可用于食品包装，使食品达到保鲜的目的，也可用于药物控释。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为未经改性黄原胶表面扫描电镜图；

图2为实施例1中改性黄原胶表面扫描电镜图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：

将1g黄原胶溶解在150ml蒸馏水中恒温不断搅拌60min。然后将15g丙烯酰胺和260μl的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚加入到黄原胶溶液中并搅拌30min，装置充满氮气至少30min饱和以除去溶解氧。并且水浴温度达到70℃，加入0.2g过硫酸钾并反应4h以引发接枝共聚物。通过将乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反应混合物中使改性的黄原胶沉淀。过滤沉淀物，高速搅拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗涤数次，然后用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通过过滤收集改性黄原胶，并在50℃鼓风干燥箱中干燥即得改性黄原胶。

制得的改性黄原胶与未经化学改性的黄原胶相比，其絮凝率达到95.88％、接枝率达到1851.66％。如图1和2所示，图1为未经化学改性的黄原胶，基本无孔洞；图2为制得的改性黄原胶的孔直径为2.756μm，分形维数为3.378。

实施例2：

将1g黄原胶溶解在150ml蒸馏水中恒温不断搅拌60min。然后将15g丙烯酰胺和390μl的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚加入到黄原胶溶液中并搅拌30min，装置充满氮气至少30min饱和以除去溶解氧。并且水浴温度达到70℃，加入0.3g过硫酸钾并反应4h以引发接枝共聚物。通过将乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反应混合物中使改性的黄原胶沉淀。过滤沉淀物，高速搅拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗涤数次，然后用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通过过滤收集改性黄原胶，并在50℃鼓风干燥箱中干燥即得改性黄原胶。

制得的改性黄原胶与未经化学改性的黄原胶相比，其絮凝率达到91.88％、嫁接率达到1896.36％。

实施例3：

将1g黄原胶溶解在150ml蒸馏水中恒温不断搅拌60min。然后将15g丙烯酰胺和520μl的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚加入到黄原胶溶液中并搅拌30min，装置充满氮气至少30min饱和以除去溶解氧。并且水浴温度达到60℃，加入0.3g过硫酸钾并反应4h以引发接枝共聚物。通过将乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反应混合物中使改性的黄原胶沉淀。过滤沉淀物，高速搅拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗涤数次，然后用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通过过滤收集改性黄原胶，并在50℃鼓风干燥箱中干燥即得改性黄原胶。

制得的改性黄原胶与未经化学改性的黄原胶相比，其絮凝率达到93.25％、接枝率达到1583.85％。

实施例4：

将1g黄原胶溶解在150ml蒸馏水中恒温不断搅拌60min。然后将10g丙烯酰胺和630μl的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚加入到黄原胶溶液中并搅拌30min，装置充满氮气至少30min饱和以除去溶解氧。并且水浴温度达到70℃，加入0.3g过硫酸钾并反应4h以引发接枝共聚物。通过将乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反应混合物中使改性的黄原胶沉淀。过滤沉淀物，高速搅拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗涤数次，然后用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通过过滤收集改性黄原胶，并在50℃鼓风干燥箱中干燥即得改性黄原胶。

制得的改性黄原胶与未经化学改性的黄原胶相比，其絮凝率达到91.00％、接枝率达到1607.88％。

实施例5：

将1g黄原胶溶解在150ml蒸馏水中恒温不断搅拌60min。然后将5g丙烯酰胺和760μl的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚加入到黄原胶溶液中并搅拌30min，装置充满氮气至少30min饱和以除去溶解氧。并且水浴温度达到70℃，加入0.4g过硫酸钾并反应4h以引发接枝共聚物。通过将乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反应混合物中使改性的黄原胶沉淀。过滤沉淀物，高速搅拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗涤数次，然后用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通过过滤收集改性黄原胶，并在50℃鼓风干燥箱中干燥即得改性黄原胶。

制得的改性黄原胶与未经化学改性的黄原胶相比，其絮凝率达到89.00％、接枝率达到1976.46％。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。