CN103804505B - 一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法 - Google Patents
一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法 Download PDFInfo
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Abstract
(1)一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法，以决明子胶为原料，先制备碱性阳离子醚化剂、再分别制备水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物和锤击醚化物、然后制备阳离子决明子胶干粉、最后制备阳离子决明子胶聚合物。本发明生产的阳离子决明子胶聚合物结合1，2-环己二醇双缩水甘油醚、或1，4-丁二醇二缩水甘油醚、或乙二醇二缩水甘油醚能将磷酸钛牢固附着于建筑室内墙壁上，无气泡、裂纹产生，未脱落，无霉菌；涂抹在玻璃板上并放入水中，密封保存90d后，未见菌落，膜完好；涂料膜能完全降解。同时，本发明使用常规的生产设备在常温的条件下进行生产，操作简便且易于控制，能源消耗少，生产成本低，便于工业化生产。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种抗菌性阳离子决明子胶聚合物的制备方法，该聚合物可用于建筑领域，制造抗菌性防水、可降解涂料。
二、背景技术
在涂料领域，一般使用合成高分子材料作为成膜材料，制成的涂料具有耐水性强、寿命长等优势。但是，制造合成高分子的原料主要来源于石油，随着石油价格的不断攀升，生产成本增加，赢利下降；且合成高分子材料是难以生物降解，长期滞留在环境中产生毒副作用，造成环境污染。因此开发可降解涂料逐渐受到重视，成为该行业的热点方向之一。
制造可降解涂料一般使用生物大分子，例如聚糖，决明子胶是由α-1，4-糖苷键缩合成的水溶性半乳甘露聚糖，目前主要用在食品领域，用于冷饮的稳定剂，也用于焙烤制品(胶冻剂)及西式火腿、香肠等，是一种极有潜力的的可再生资源。与合成高分子相比较，其特点在于决明子胶的α-1，4-糖苷键易降解且水溶性好，受雨水等冲刷易溶蚀，导致涂膜保护失效。所以，必须对其进行改性处理，增加其防水防湿、抗菌能力。
现有关于聚糖改性的方法如2012年3月21日公开的公开号为CN102382197A的“一种高粘度阳离子淀粉的制备方法”的专利，公开的方法是先调浆，碱化、醚化、交联、酸化、冷却、粉碎、筛分等步骤得到高粘度的阳离子淀粉。该方法的缺点是：在碱化阶段加入了抑制剂，在醚化时又加入了活化剂等，工艺步骤多，不易控制且耗时多，而且，产品中溶出的抑制剂和活化剂可能造成污染。又如2008年8月20日公开的公开号为CN101245207A的“内墙涂料”专利公开的方法为：以魔芋粉为成膜物质，按比例调配钛白粉、黄原胶、卡拉胶、高岭土粉等制得。该方法的缺点在于：未对原料魔芋粉进行改性，制得的涂料虽环保，但防水防湿性能差，难以推广应用。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种生产抗菌、可降解阳离子决明子胶聚合物及其涂料的制备方法，本方法具有操作简单，反应条件温和、生产成本低，环境污染少等特点。
本发明的主要机理：构成决明子胶的甘露糖残基有4个游离羟基，在碱性条件下游离羟基与可与双环氧化合物(如双缩水甘油醚)发生交联醚化反应，形成网状、难溶于水的交联醚化物；也可与环氧阳离子季铵盐(如3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵、N-(2，3-环氧丙基)三甲基氯化铵)发生醚化反应，生成阳离子醚化物；游离羟基还可与磷酸钛的钛离子外层空轨道配位，形成螯合物；阳离子醚化物的正电荷可与磷酸钛的负电荷发生静电相互作用，形成盐键。由于交联醚化反应形成网状结构与磷酸钛形成配位键和盐键，导致形成的交联醚化物不溶于水且具有成膜性；而构成决明子胶的甘露糖残基之间保留的糖苷键可生物降解，因而该聚合物可制成可降解涂料；由于醚化接枝的阳离子季铵盐可与微生物细胞表面的负电荷蛋白质发生静电相互作用，中和其电荷，从而抑制微生物生长，因而具有抗菌性。
实现本发明目的的技术方案是：先制备碱性阳离子醚化剂、再分别制备水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物和锤击醚化物、然后制备阳离子决明子胶干粉、最后制备阳离子决明子胶聚合物。
一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法包括以下步骤：
(1)制备碱性阳离子醚化剂
先配制出质量分数为30％～40％的氢氧化钠溶液，冷却至室温后，按照氢氧化钠质量(kg)：阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵体积(L)之比为1∶7～8的比例，将30％～40％的氢氧化钠溶液与阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，或混合均匀，就制备出碱化阳离子醚化剂，用于制备水合决明子胶碱性阳离子醚化物。
(2)制备水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物
先将决明子胶置于和面机中，在200～400r/min的搅拌下用喷雾器喷入蒸馏水，控制蒸馏水体积(L)：决明子胶质量(kg)之比为1∶2～5。喷完蒸馏水后继续搅拌10～30min，就制备出水合决明子胶；然后，加入第(1)步制备出的碱性阳离子醚化剂，水合决明子胶与碱性阳离子醚化剂质量之比为1∶0.5～1.5。继续用200～400r/min的速度搅拌15～30min，就制备出水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物，用于锤击醚化反应。
(3)锤击制备醚化物
第(2)步完成后，在搅拌下将第(2)步制备的水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物转移至锤击式破碎机中，在60～150次/min速度下进行锤击醚化反应30～60min，就制备出锤击醚化物。
(4)制备阳离子决明子胶干粉
第(3)步完成后，将第(3)步制备出的锤击醚化物，置于干燥箱中，在60～80℃温度下处理2～4h，就制备出阳离子决明子胶干粉。
(5)制备阳离子决明子胶聚合物
第(4)步完成后，先将第(4)步制备的阳离子决明子胶粗粉粉碎，再按照阳离子决明子胶粗粉粉末质量(kg)：蒸馏水体积(L)之比为1∶10～15的比例，将阳离子决明子胶粗粉分散于蒸馏水中，接着用2000～4000r/min的转速离心15～30min。收集上层清液，按照上层清液体积(L)：乙醇体积(L)比例为1∶2，加入质量分数为80～95％的乙醇进行沉淀处理3～6h。沉淀完成后，用虹吸管小心吸出并收集上层清液，下层沉淀则用2000～4000r/min的转速离心15～30min，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液，与虹吸上层清夜合并，用于回收乙醇；对收集的沉淀，送入烘箱中，在50～70℃、0.1MPa下烘干，就获得阳离子决明子胶聚合物。
本发明采用上述技术方案后，主要有一下效果：
(1)取所制得的阳离子决明子胶聚合物按其质量：蒸馏水体积之比为1kg∶80～100L的比例分散于高速乳化机的蒸馏水中，按阳离子决明子胶质量：1，2-环己二醇双缩水甘油醚或1，4-丁二醇二缩水甘油醚、或乙二醇二缩水甘油醚，质量之比为1kg∶0.3～1kg的比例加入高速乳化机中，在2000～3000r/min的速度下乳化5～10min。之后，按阳离子决明子胶质量：磷酸钛质量之比为1kg∶3～5kg的比例加入磷酸钛，以500～1000r/min的速度继续乳化10min，就制备出阳离子决明子胶涂料。该涂料经试验检测，能够牢固附着于建筑室内墙壁上，180d内无气泡、裂纹产生，未脱落，无霉菌；将制成的涂料涂抹在玻璃板上，并放入水中，密封保存90d后，未见菌落，膜完好；将涂料膜置于55℃、质量分数为1％的糖苷酶溶液中，5h后观察到开始降解，36h降解完全。
(2)本发明在生产的过程中，所得到的阳离子决明子胶聚合物收得率高达90％。
(3)本发明生产的过程中，制得的阳离子决明子胶聚合物于水，浸泡在水中不溶解、不长菌、可完全降解且无毒，是一种绿色环保的新型涂料的成膜材料。
(4)本发明生产工艺简单。本发明使用常规的生产设备在常温的条件下进行生产，操作简便且易于控制，能源消耗少，生产成本低，便于工业化生产。
四、具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法，具体方法步骤如下：
(1)制备碱性阳离子醚化剂
先配制出质量分数为30％的氢氧化钠溶液，冷却至室温后，按照氢氧化钠质量(kg)：阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵体积(L)之比为1∶7的比例，将30％的氢氧化钠溶液与阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵混合均匀，就制备出碱化阳离子醚化剂，用于制备水合决明子胶碱性阳离子醚化物。
(2)制备水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物
先将决明子胶置于和面机中，在200r/min的搅拌下用喷雾器喷入蒸馏水，控制蒸馏水体积(L)：决明子胶质量(kg)之比为1∶2。喷完蒸馏水后继续搅拌10min，就制备出水合决明子胶；然后，加入第(1)步制备出的碱性阳离子醚化剂，水合决明子胶与碱性阳离子醚化剂质量之比为1∶0.5。继续用200r/min的速度搅拌15min，就制备出水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物，用于锤击醚化反应。
(3)锤击制备醚化物
第(2)步完成后，在搅拌下将第(2)步制备的水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物转移至锤击式破碎机中，在60次/min速度下进行锤击醚化反应30min，就制备出锤击醚化物。(4)制备阳离子决明子胶干粉
第(3)步完成后，将第(3)步制备出的锤击醚化物，至于干燥箱中，在60℃温度下处理2h，就制备出阳离子决明子胶干粉。
(5)制备阳离子决明子胶聚合物
第(4)步完成后，先将第(4)步制备的阳离子决明子胶粗粉粉碎，再按照阳离子决明子胶粗粉粉末质量(kg)：蒸馏水体积(L)之比为1∶10的比例，将阳离子决明子胶粗粉分散于蒸馏水中，接着用2000r/min的转速离心15min。收集上层清液，按照上层清液体积(L)：乙醇体积(L)比例为1∶2，加入质量分数为80％的乙醇进行沉淀处理3h。沉淀完成后，用虹吸管小心吸出并收集上层清液，下层沉淀则用2000r/min的转速离心15min，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液，与虹吸上层清夜合并，用于回收乙醇；对收集的沉淀，送入烘箱中，在50℃、0.1MPa下烘干，就获得阳离子决明子胶聚合物。
实施例2
一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法，同实施例1，其中：
第(1)步中，配制出质量分数为35％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠质量(kg)：阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵之比为1∶7.5的比例。
第(2)步中，在300r/min的搅拌下用喷雾器喷入蒸馏水，蒸馏水体积(L)：决明子胶质量(kg)之比为1∶2.5，喷完蒸馏水后继续搅拌20min，水合决明子胶与碱性阳离子醚化剂质量之比为1∶1。继续用300r/min的速度搅拌23min，就制备出水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物，用于锤击醚化反应
第(3)步中，在100次/min速度下进行锤击醚化反应45min，就制备出锤击醚化物。
第(4)步中，在70℃温度下处理3h，制备出阳离子决明子胶干粉。
第(5)步中，阳离子决明子胶粗粉粉末质量(kg)：蒸馏水体积(L)之比为1∶12的比例，将阳离子决明子胶粗粉分散于蒸馏水中，接着用3000r/min的转速离心23min。收集上层清液，按照上层清液体积(L)：乙醇体积(L)比例为1∶2，加入质量分数为86％的乙醇进行沉淀处理4.5小时。沉淀完成后，用虹吸管小心吸出并收集上层清液，下层沉淀则用3000r/min的转速离心23min，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液，与虹吸上层清夜合并，用于回收乙醇；对收集的沉淀，送入烘箱中，在60℃、0.1MPa下烘干，就获得阳离子决明子胶聚合物。
实施例3
一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法，同实施例1，其中：
第(1)步中，配制出质量分数为40％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠质量(kg)：阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵体积(L)之比为1∶8的比例。
第(2)步中，在400r/min的搅拌下用喷雾器喷入蒸馏水，蒸馏水体积(L)：决明子胶质量(kg)之比为1∶5，喷完蒸馏水后继续搅拌30min，水合决明子胶与碱性阳离子醚化剂质量之比为1∶1.5。继续用400r/min的速度搅拌30min，就制备出水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物，用于锤击醚化反应
第(3)步中，在150次/min速度下进行锤击醚化反应60min，就制备出锤击醚化物。
第(4)步中，在80℃温度下处理4h，制备出阳离子决明子胶干粉。
第(5)步中，阳离子决明子胶粗粉粉末质量(kg)：蒸馏水体积(L)之比为1∶15的比例，将阳离子决明子胶粗粉分散于蒸馏水中，接着用4000r/min的转速离心30min。收集上层清液，按照上层清液体积(L)：乙醇体积(L)比例为1∶2，加入质量分数为95％的乙醇进行沉淀处理6h。沉淀完成后，用虹吸管小心吸出并收集上层清液，下层沉淀则用4000r/min的转速离心30min，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液，与虹吸上层清夜合并，用于回收乙醇；对收集的沉淀，送入烘箱中，在70℃、0.1MPa下烘干，就获得阳离子决明子胶聚合物。
Claims (1)
1.一种制备抗菌性、降解性阳离子决明子胶聚合物的方法，具体方法步骤如下：
(1)制备碱性阳离子醚化剂
先配制出质量分数为30％～40％的氢氧化钠溶液，冷却至室温后，按照氢氧化钠质量∶阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵体积之比为1kg∶7～8L的比例，将30％～40％的氢氧化钠溶液与阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，混合均匀，就制备出碱性阳离子醚化剂；
(2)制备水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物
先将决明子胶置于和面机中，在200～400r/mim的搅拌下用喷雾器喷入蒸馏水，控制蒸馏水体积∶决明子胶质量之比为1L∶2～5kg；喷完蒸馏水后继续搅拌10-30min，就制备出水合决明子胶；然后，加入第(1)步制备出的碱性阳离子醚化剂，水合决明子胶与碱性阳离子醚化剂质量之比为1kg∶0.5-1.5kg；继续用200-400r/min的速度搅拌15-30min，就制备出水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物，用于锤击醚化反应；
(3)锤击制备醚化物
第(2)步完成后，在搅拌下将第(2)步制备的水合决明子胶碱性阳离子醚化剂混合物转移至锤击式破碎机中，在60～150次/min速度下进行锤击醚化反应30～60min，就制备出锤击醚化物；
(4)制备阳离子决明子胶干粉
第(3)步完成后，将第(3)步制备出的锤击醚化物，置于干燥箱中，在60～80℃温度下处理2～4h，就制备出阳离子决明子胶干粉；
(5)制备阳离子决明子胶聚合物
第(4)步完成后，先将第(4)步制备的阳离子决明子胶干粉粉碎，再按照阳离子决明子胶干粉粉末质量∶蒸馏水体积之比为1kg∶10～15L的比例，将阳离子决明子胶干粉分散于蒸馏水中，接着用2000～4000r/min的转速离心15～30min；收集上层清液，按照上层清液体积∶乙醇体积比例为1L∶2L，加入质量分数为80～95％的乙醇进行沉淀处理3～6h；沉淀完成后，用虹吸管小心吸出并收集上层清液，下层沉淀则用2000～4000r/min的转速离心15～30min，分别收集离心清液和离心沉淀；对收集的离心清液，与虹吸上层清液合并，用于回收乙醇；对收集的沉淀，送入烘箱中，在50～70℃、0.1MPa下烘干，就获得阳离子决明子胶聚合物。
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