一種化學改性黃原膠的製備方法與流程
2023-07-09 07:10:07
本發明屬於化學改性黃原膠領域，具體涉及一種化學改性黃原膠的製備方法。
背景技術：
黃原膠又稱黃膠、漢生膠，黃單胞多糖，是澱粉經黃胞桿菌發酵而產生的胞外多糖類生物聚合物，無毒、可降解、具有高黏度，耐酸、鹼、鹽、耐熱的特性以及懸浮性和觸變性等獨特的理化性質，具有許多高分子合成材料、天然生物高分子材料所不具備的優良性能。
目前黃原膠的改性方法很多，復配、疏水、與過渡金屬交聯、接枝共聚、微波、輻射等。其中通過與烯類單體進行接枝共聚反應，可以使黃原膠的性能得到進一步改進或獲得新的特性，從而得到更廣泛的應用。現有文獻曾報導過黃原膠與丙烯醯胺進行接枝共聚，既保留了黃原膠自身的特性，又具有丙烯醯胺均聚物的特點。但是丙烯醯胺單體濃度對接枝共聚反應影響較大，需要在較高濃度的丙烯醯胺條件下才能獲得高的接枝率。另外研究已知過量丙烯醯胺可致癌，使得這種改性黃原膠應用前景受限。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種化學改性黃原膠的製備方法，在較低的黃原膠與丙烯醯胺比例的條件下也能獲得高的接枝率，獲得的改性黃原膠絮凝效果增強，使黃原膠具有更廣闊的應用前景。
本發明的一種化學改性黃原膠的製備方法，以過硫酸鉀為引發劑，丙烯醯胺為接枝單體，三羥甲基丙烷三縮水甘油醚為交聯劑，製備接枝共聚物。
所述製備方法具體操作如下：將黃原膠溶解在蒸餾水中，置於25～30℃恆溫水浴鍋中恆溫攪拌並通氮氣保護，待黃原膠完全溶解後加入丙烯醯胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚攪拌，待水浴溫度達到50～70℃並且在完全無氧條件下，加入過硫酸鉀並攪拌反應3～5h，反應物經後續純化處理得到改性黃原膠。
所述黃原膠與所述丙烯醯胺的質量比為1：5～15。
所述黃原膠與三羥甲基丙烷三縮水甘油醚的質量體積比為1:0.26～0.76。
所述黃原膠與所述過硫酸鉀的質量比為1:0.2～0.4。
所述後續純化處理包括以下步驟：在反應物中邊攪拌邊倒入體積比為1～4:1的乙醇/水混合溶劑沉降，沉降物用體積比為1～4:1的乙醇/水混合溶劑充分洗滌，後用體積比為1～4:1的乙醇/水混合溶劑浸泡12～24h，過濾，乾燥即得改性黃原膠。
本發明可以在較低的黃原膠與丙烯醯胺比例的條件下也能獲得高的接枝率，即所述黃原膠與所述丙烯醯胺的質量比為1：5，所述黃原膠與三羥甲基丙烷三縮水甘油醚的質量體積比為1:0.76，所述黃原膠與所述過硫酸鉀的質量比為1:0.4，並且反應的水浴溫度達到70℃。
本發明化學改性的主要作用機理是在聚合過程中，過硫酸鉀引發劑在加熱下分解產生硫酸根陰離子自由基。然後硫酸根自由基與黃原膠鏈反應，破壞了黃原膠中d-葡萄糖的環結構，導致形成一些更活潑的基團，如烷氧基。同時硫酸根自由基攻擊丙烯醯胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚分子，導致丙烯醯胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚自由基的形成。在反應位點附近的單體分子黃原膠，丙烯醯胺和三羥甲基丙烷三縮水甘油醚成為由鏈起始產生的自由基的受體，其後自身成為鄰近分子的自由基供體，這導致接枝鏈無限增長。在鏈增長期間，聚合物鏈與交聯劑三羥甲基丙烷三縮水甘油醚的末端乙烯基反應。然後，共聚物由逐漸形成的交聯和網絡結構構成，得到改性黃原膠。
本發明的顯著優點在於：
(1)化學改性黃原膠可使黃原膠吸水增強，溶脹性能提高，孔徑增大，絮凝效果增強，在較低黃原膠與丙烯醯胺比例的條件下也能獲得高的接枝率；
(2)本發明操作簡便，成本較低；
(3)本發明製得的改性黃原膠可用做吸附劑在工業廢水中發揮很大作用，也可用於食品包裝，使食品達到保鮮的目的，也可用於藥物控釋。
附圖說明
下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。
圖1為未經改性黃原膠表面掃描電鏡圖；
圖2為實施例1中改性黃原膠表面掃描電鏡圖。
具體實施方式
為了使本發明所述的內容更加便於理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限於此。
實施例1：
將1g黃原膠溶解在150ml蒸餾水中恆溫不斷攪拌60min。然後將15g丙烯醯胺和260μl的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入到黃原膠溶液中並攪拌30min，裝置充滿氮氣至少30min飽和以除去溶解氧。並且水浴溫度達到70℃，加入0.2g過硫酸鉀並反應4h以引發接枝共聚物。通過將乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反應混合物中使改性的黃原膠沉澱。過濾沉澱物，高速攪拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗滌數次，然後用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通過過濾收集改性黃原膠，並在50℃鼓風乾燥箱中乾燥即得改性黃原膠。
製得的改性黃原膠與未經化學改性的黃原膠相比，其絮凝率達到95.88％、接枝率達到1851.66％。如圖1和2所示，圖1為未經化學改性的黃原膠，基本無孔洞；圖2為製得的改性黃原膠的孔直徑為2.756μm，分形維數為3.378。
實施例2：
將1g黃原膠溶解在150ml蒸餾水中恆溫不斷攪拌60min。然後將15g丙烯醯胺和390μl的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入到黃原膠溶液中並攪拌30min，裝置充滿氮氣至少30min飽和以除去溶解氧。並且水浴溫度達到70℃，加入0.3g過硫酸鉀並反應4h以引發接枝共聚物。通過將乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反應混合物中使改性的黃原膠沉澱。過濾沉澱物，高速攪拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗滌數次，然後用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通過過濾收集改性黃原膠，並在50℃鼓風乾燥箱中乾燥即得改性黃原膠。
製得的改性黃原膠與未經化學改性的黃原膠相比，其絮凝率達到91.88％、嫁接率達到1896.36％。
實施例3：
將1g黃原膠溶解在150ml蒸餾水中恆溫不斷攪拌60min。然後將15g丙烯醯胺和520μl的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入到黃原膠溶液中並攪拌30min，裝置充滿氮氣至少30min飽和以除去溶解氧。並且水浴溫度達到60℃，加入0.3g過硫酸鉀並反應4h以引發接枝共聚物。通過將乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反應混合物中使改性的黃原膠沉澱。過濾沉澱物，高速攪拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗滌數次，然後用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通過過濾收集改性黃原膠，並在50℃鼓風乾燥箱中乾燥即得改性黃原膠。
製得的改性黃原膠與未經化學改性的黃原膠相比，其絮凝率達到93.25％、接枝率達到1583.85％。
實施例4：
將1g黃原膠溶解在150ml蒸餾水中恆溫不斷攪拌60min。然後將10g丙烯醯胺和630μl的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入到黃原膠溶液中並攪拌30min，裝置充滿氮氣至少30min飽和以除去溶解氧。並且水浴溫度達到70℃，加入0.3g過硫酸鉀並反應4h以引發接枝共聚物。通過將乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反應混合物中使改性的黃原膠沉澱。過濾沉澱物，高速攪拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗滌數次，然後用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通過過濾收集改性黃原膠，並在50℃鼓風乾燥箱中乾燥即得改性黃原膠。
製得的改性黃原膠與未經化學改性的黃原膠相比，其絮凝率達到91.00％、接枝率達到1607.88％。
實施例5：
將1g黃原膠溶解在150ml蒸餾水中恆溫不斷攪拌60min。然後將5g丙烯醯胺和760μl的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚加入到黃原膠溶液中並攪拌30min，裝置充滿氮氣至少30min飽和以除去溶解氧。並且水浴溫度達到70℃，加入0.4g過硫酸鉀並反應4h以引發接枝共聚物。通過將乙醇/水混合物(4:1，v/v)倒入反應混合物中使改性的黃原膠沉澱。過濾沉澱物，高速攪拌下用乙醇/水混合物(4:1，v/v)充分洗滌數次，然後用乙醇/水混合物(4:1，v/v)浸泡24h。通過過濾收集改性黃原膠，並在50℃鼓風乾燥箱中乾燥即得改性黃原膠。
製得的改性黃原膠與未經化學改性的黃原膠相比，其絮凝率達到89.00％、接枝率達到1976.46％。
雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是熟悉本技術領域的技術人員應當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用於對本發明的範圍的限定，熟悉本領域的技術人員在依照本發明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應當涵蓋在本發明的權利要求所保護的範圍內。