一种高吸水剂的制备方法

专利名称：一种高吸水剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高吸水性能的吸水剂的制备方法，属于凝胶合成技术领域。
背景技术：
高分子吸水剂是一种能大量吸水溶胀的三维网络结构的聚合物。 一般由亲水性的聚合物 交联而成，常用的交联方法可以分为物理交联和化学交联两类。聚合物凝胶不溶于水，但能 在水中溶胀，性质柔软，能保持一定的形状。作为一种高吸水高保水材料，聚合物凝胶被广 泛用于多种领域，如干旱地区的抗旱，农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化 工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗 中的药物载体等等。
部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)是丙烯酰胺和丙烯酸盐的共聚物，可以通过聚丙烯酰胺 水解或者丙烯酰胺和丙烯酸盐共聚制备。HPAM是一类重要的化合物，目前被广泛地应用于采 油、絮凝、浮选等领域。同时，由于聚丙烯酰胺是一种无毒的化合物，因此，也可以被用于 生物、医学等领域。目前，较为成熟的交联水解聚丙烯酰胺水凝胶使用方式有用于各种电泳 过程、包敷材料，以及作为人体整形美容的填充材料。壳聚糖是自然界存在的第二大类多糖 -甲壳素的最重要的衍生物，是一类由2-氨基-2-脱氧葡萄糖通过p-l， 4-糖苷键连接而成的 带正电荷的直链多糖，可通过碱水解法脱去甲壳素的乙酰基而制得。壳聚糖分子中氨基单元 的平均摩尔含量被称为脱乙酰度。壳聚糖是一种无毒、生物可降解和抗菌的天然高分子，可 以用于药物缓释、眼科敷料、治疗烧伤等方面。
目前，HPAM-壳聚糖复合凝胶主要是通过化学交联的方法，这种方法存在着许多不足之 处，如含有残留的交联剂，残余单体不好除去，凝胶吸水倍数不高，合成的水凝胶干燥困难 等。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高吸水性能的吸水剂的制备方法。 术语说明
HPAM:部分水解聚丙烯酰胺。HP旭分子量为100 1000万，水解度为10 65%。 壳聚糖本发明中所述的壳聚糖分子量为20 200万，脱乙酰度为50 95%。 发明概述
本发明通过物理交联法制备HPAM-壳聚糖凝胶。首先，利用Ar作为一种辅助交联剂， 合成HPAM-Al凝胶，然后，再用壳聚糖替换HP層-Al凝胶中的位于交联点的Ar，成功地合 成了高吸水性的HPAM-壳聚糖凝胶产品，经过测试，该凝胶具有非常好的吸水性能，可以作 为吸水剂使用，同时，该凝胶产品容易干燥，在空气中风干即可，本发明的方法在节能减排 的现代社会，具有重要意义。
发明详述
本发明的技术方案如下
3一种高吸水性能的吸水剂的制备方法，包括HPAM-A1凝胶粒子的制备、HPAM-壳聚糖凝
胶粒子的制备，步骤如下
(1) HPAM-Al凝胶粒子的制备
HPAM溶液的配制将分子量为100 1000万，水解度为10 65y。的HPAM溶于水中，HPAM 的浓度为1 30 g.L—1;
A1C1:、溶液的配制将A1CL溶于水中，Ar浓度为10 600 mmol丄—\用HC1将AlCl3溶液 pH调至0 5;
将HPAM溶液滴入A1C1:,溶液中，过程中保持每滴HPAM溶液的体积为0. 02 0. 05 mL，滴 入速度为每分钟3 30滴，同时，边滴加边缓慢搅拌，便于HPAM液滴均匀地交联；HPAM溶 液与A1C1:,溶液体积比为(1 25) :100，待HPAM溶液滴加完毕后，所得的球状颗粒为HPAM-A1 凝胶粒子，将HPAM-A1凝胶粒子于A1C13溶液中静置0.5 10 h。
(2) HPAM-壳聚糖凝胶粒子的制备
壳聚糖溶液的配制将分子量为20 200万，脱乙酰度为50 95。/。的壳聚糖溶于HCl中， 壳聚糖溶液浓度为0.5 15 g丄、HCl浓度为0.01 0.5 mol丄一1。
将步骤(1)制备的HPAM-Al凝胶粒子从AlCl3溶液中取出，转入配制好的壳聚糖溶液中， HPAM-A1凝胶与壳聚糖溶液质量比为(5 25) :100，静置12 48 h，即得到HPAM-壳聚糖凝
胶粒子。
(3) 将HP細-壳聚糖凝胶粒子从溶液中取出，于空气中放置至少3h,即为吸水剂产品。 上述(1) HPAM-A1凝胶制备过程中，优选的HPAM分子量为300 700万，水解度为25
55%; HPAM溶液优选浓度为5 20g-L、 A1C1:,溶液中，Ar+优选浓度为75 300腦l-L/'; A1C13 溶液优选pH值为2 4;优选的，HPAM溶液与A1CL溶液体积比为(3 15) :100;优选的， HPAM溶液滴入速度为每分钟5 20滴；凝胶粒子于A1C1:,溶液中最佳静置时间为1 6 h。
上述(2) HPAM-壳聚糖凝胶制备过程中，优选的壳聚糖分子量为70 150万，脱乙酰度 为65 95%;壳聚糖溶液的优选浓度为3 10 g丄—'，HC1浓度为0. 05 0. 3 moLL—1;优选的， HPAM-A1凝胶与壳聚糖溶液质量比为(8 20) :100; HPAM-A1凝胶粒子在壳聚糖溶液中静置 时间优选为24 36 h。
本发明的优良效果如下
1. 本发明的合成方法简单，原料易得。
2. 制备的吸水剂中，带有壳聚糖的成分，因此具有一定的抗菌功效。
3. 本吸水剂产品采用的是物理交联的方法，通过HPAM分子链上的羧基和壳聚糖分子链 上的氨基之间的相互作用交联而成，这种方法为凝胶制备提供了一种新的路线。
4. 本发明的方法中物理交联的交联点结合程度不如化学交联点紧密，因此，该凝胶具有 与通常的化学交联凝胶不同的吸水性能，经过测试，该产品吸水性能优良。
5. 经过凝胶组成元素分析，得知该种凝胶中铝原子的原子百分数含量低于0.01%，因此 可以用于某些生物医学领域。
6. 该吸水剂产品后处理简单，干燥容易，能耗低。 上述诸多特点表明，本方法和产品均具有广泛的应用前景。


图1是实施例1制备的HPAM-壳聚糖凝胶的红外光谱图。
图2是实施例1制备的HPAM-壳聚糖凝胶在水和生理盐水中的吸水曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。 实施例1.
将6 mL 7 g.L—1 HPAM溶液(HPAM分子量为730万，水解度为40%)滴入50 mL、 pH为3 的0. lmol丄—'A1C1:,溶液中，待滴加完毕后，静置5h，得到的溶液中有大小均匀、形状规则 的乳白色球，即为HPAM-A1凝胶粒子。然后，将溶液中的HPAM-A1凝胶粒子取出，再转入35 mL8g.L—1壳聚糖溶液中(壳聚糖分子量为110万，脱乙酰度为85%， HC1浓度为0. 2 mol.L—"， 静置36 h，溶液中凝胶粒子颜色加深、体积变小，即为HPAM-壳聚糖凝胶粒子；将HPAM-壳 聚糖凝胶粒子从溶液中取出，于空气中放置3.5h，即得吸水剂产品。所得吸水剂在纯水中平 衡吸水率为3675 g/g，生理盐水中吸水率为165 g/g 。
产品的平衡吸水率按照如下方法测量将约0.01g的凝胶粒子准确称量，质量记为m,， 然后，将凝胶粒子放入37'C lOOmL测试溶液中(水或者生理盐水)，静置12 h，将吸水后 的凝胶粒子从溶液中取出，用滤纸吸干凝胶表明的水分，准确称量凝胶质量，记为恥，平衡 吸水率按照下式计算
平衡吸水率(g/g) = (m2- mi)/ m,
实施例2.
如实施例l所述，所不同的是使用的HP細分子量为560万，水解度为32%， HPAM-A1凝 胶粒子于A1C1,溶液中静置时间为6 h。所得吸水剂在纯水中平衡吸水率为3145 g/g，生理 盐水中吸水率为128 g/g 。
实施例3.
如实施例1所述，所不同的是AlCh溶液浓度为0. 2 mol丄—'，HPAM-Al凝胶粒子转入50 mL 实施例1所述的壳聚糖溶液中静置。所得吸水剂在纯水中平衡吸水率为3483 g/g，生理盐水 中吸水率为145 g/g 。
实施例4.
如实施例l所述，所不同的是使用的壳聚糖分子量为140万，脱乙酰度为73%。所得吸 水剂在纯水中平衡吸水率为3577 g/g,生理盐水中吸水率为152 g/g 。 实施例5.
如实施例1所述，所不同的是壳聚糖浓度为5 g丄—、体积为45 mL。所得吸水剂在纯水 中平衡吸水率为3608 g/g，生理盐水中吸水率为158 g/g 。
权利要求
1. 一种吸水剂的制备方法，包括HPAM-Al凝胶粒子的制备、HPAM-壳聚糖凝胶粒子的制备，步骤如下(1)HPAM-Al凝胶粒子的制备HPAM溶液的配制将分子量为100～1000万，水解度为10～65％的HPAM溶于水中，HPAM的浓度为1～30g·L-1；AlCl3溶液的配制将AlCl3溶于水中，Al3+浓度为10～600mmol·L-1，用HCl将AlCl3溶液pH调至0～5；将HPAM溶液滴入AlCl3溶液中，过程中保持每滴HPAM溶液的体积为0.02～0.05mL，滴入速度为每分钟3～30滴，同时，边滴加边缓慢搅拌，便于HPAM液滴均匀地交联；HPAM溶液与AlCl3溶液体积比为(1～25):100，待HPAM溶液滴加完毕后，所得的球状颗粒为HPAM-Al凝胶粒子，将HPAM-Al凝胶粒子于AlCl3溶液中静置0.5～10h；(2)HPAM-壳聚糖凝胶粒子的制备壳聚糖溶液的配制将分子量为20～200万，脱乙酰度为50～95％的壳聚糖溶于HCl中，壳聚糖溶液浓度为0.5～15g·L-1，HCl浓度为0.01～0.5mol·L-1；将步骤(1)制备的HPAM-Al凝胶粒子从AlCl3溶液中取出，转入配制好的壳聚糖溶液中，HPAM-Al凝胶与壳聚糖溶液质量比为(5～25):100，静置12～48h，即得到HPAM-壳聚糖凝胶粒子；(3)将HPAM-壳聚糖凝胶粒子从溶液中取出，于空气中放置至少3h，即为吸水剂产品。
2. 如权利要求1所述的吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述HPAM的分子 量为300 700万，水解度为25 55%， HPAM溶液的浓度为5 20 g.U1。
3. 如权利要求1所述的吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述A1C13溶液中， Ar+浓度为75 300國l丄—';AlCl:i溶液pH值为2 4。
4. 如权利要求1所述的吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述HPAM溶液与 A1C1:,溶液体积比为(3 15) :100; HPAM溶液滴入速度为每分钟5 20滴；凝胶粒子于A1C13 溶液中静置时间为1 6 h。
5. 如权利要求1所述的吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述壳聚糖的分子 量为70 150万，脱乙酰度为65 95%;壳聚糖溶液的浓度为3 10 g.L—1， HC1浓度为0. 05 0. 3 mol.L—'。
6. 如权利要求1所述的吸水剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述HPAM-Al凝胶 与壳聚糖溶液质量比为(8 20) :100; HPAM-Al凝胶粒子在壳聚糖溶液中静置时间为24 36 h。
全文摘要
本发明涉及一种制备高吸水性能的吸水剂的方法，将带有负电基团的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和带有正电基团的壳聚糖(壳聚糖)在Al³⁺的辅助作用下合成HPAM-壳聚糖凝胶型高吸水剂。该方法原料便宜易得，操作简单，后处理简单，能耗低，合成的HPAM-壳聚糖凝胶型高吸水剂铝含量很低，可应用于生物、医学等领域；同时，该凝胶粒子属于物理交联凝胶，吸水性能优良，可以作为一种高吸水高保水材料，在抗旱、干燥、医药、油田开发等领域具有广泛的应用前景。
文档编号C08J3/12GK101519496SQ20091001976
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者杰 曹, 谭业邦 申请人:山东大学