CN104672375B - 一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法，其包括如下步骤：将不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体、不饱和季铵盐类小单体、交联剂在引发剂和还原剂组成的氧化‑还原体系作用下进行水相自由基聚合反应即可得到抗盐抗菌型高吸水树脂。本发明方法反应简单、易于控制、成本低。制备的高吸水树脂具有抗菌性、耐盐性好、吸水性好、强度大等优点，能够用于对盐度敏感的吸水膨胀场合和建筑工程中，也可以用于卫生保健，农林保水及治理沙漠化等领域。

Description

一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高吸水树脂的技术领域，特别涉及到一种采用水相自由基聚合制备抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法。
背景技术
高吸水树脂(Super Absorbent resin，简称SAP)是一类具有一定的交联度，不溶于水的特殊功能高分子材料，它是一种经适当的交联而具有三维网状结构高分子聚合物，并且它含有羧基、羟基、磺酸基、酰基等许多强亲水基团和独特的三维空间网络结构，通过网状结构的吸水膨胀可以在很短时间内吸收相对自身重量几十倍甚至几千倍的水，且所吸收的水分即使在较高压力下也不会脱水，因而在许多领域有着重要的作用。高吸水树脂材料虽然发展时间不长，但是由于性能优越，高吸水性树脂在各个领域都有所应用，如医疗卫生方面，应用于妇女、婴儿生理卫生用品、药物缓释材料、人工器官等，在日用化工方面，应用于美容化妆品、芳香吸附材料、保湿乳液等，在工业及建筑业作为油水分离剂、脱臭剂、干燥剂、电缆及隧道建筑的阻水防水等，在农业上用作土壤改良、沙漠绿化、无土栽培介质、抗旱保水、农药化肥缓释、食品及水果保鲜材料等。高吸水树脂的性能优越，用途极为广泛，在众多领域，尤其在农、林和医疗卫生等方面已成为不可缺少的材料。高吸水树脂的诞生，也让沙漠变成绿洲成为了可能。
从1966年报道的第一个高吸水树脂以来，高吸水树脂发展迅速，已有很多品种问世。根据合成原料的不同，一般分为天然及改性高分子类(包括淀粉系、纤维素和其他天然产物系)与人工合成类高吸水树脂。淀粉系、纤维系高吸水树脂由于存在产品易霉变和工艺复杂等缺点，应用范围受到限制。相对而言，合成系高吸水树脂合成工艺简单，生产效率高，生产成本低，吸水性能好，成为学者们研究高吸水树脂的主要对象。然而，高吸水树脂应用领域在不断地扩展，人们对高吸水树脂的要求越来越高。随着高吸水树脂用量的不断增加和人们环保意识的不断增强，要求高吸水树脂具有较好的抗菌和抗盐性能。据报道，目前世界上作为卫生保健和化妆品用的高吸水树脂占生产总量的80％以上，要求吸水树脂应该具有 较好的抑菌性能。因此，传统的高吸水树脂已不能满足人们的应用要求，对多功能高吸水树脂的进一步研究与开发是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法，其在高吸水性的前提下又具备抗菌和抗盐性。
本发明的技术方案为：一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法，其具体步骤如下：
1)将不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体、不饱和季铵盐类小单体、引发剂和还原剂在35～80℃的氧化-还原体系中进行水相自由基聚合反应3～6小时，滴加交联剂反应1～30分钟后即可得到高分子凝胶产物。所述不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体、不饱和季铵盐类小单体、交联剂、引发剂和还原剂的质量比为1：(0.2～0.8)：(0.1～1)：(0.003～0.05)：(0.03～0.2)：(0.01～0.1)；
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
优选步骤1)中所述的不饱和酰胺类小单体用通式：R1CONR2R3表示，其中R1为2～6个碳原子的烯基，R2，R3为1～4个碳原子的烷基或者H；所述的不饱和磺酸类小单体用通式：R4SO3M表示，其中R4为3～8个碳原子的不饱和烯烃基物，M为H、金属离子、铵基或有机胺基。
更优选步骤1)中所述的不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺、N-烷基丙烯酸酯或N-烷基甲基丙烯酸酯的一种或两种以上组合；所述的不饱和磺酸类小单体为烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠、甲基烯丙氧基磺酸钠、烯丙基磺酸胺、苯乙烯磺酸胺、乙烯基磺酸胺、甲基烯丙基磺酸胺、甲基烯丙氧基磺酸胺、烯丙基磺酸钾、苯乙烯磺酸钾、乙烯基磺酸钾、甲基烯丙基磺酸钾或甲基烯丙氧基磺酸钾的一种或几种组合。
优选步骤1)中所述的不饱和季铵盐类小单体为二甲基二烯丙基氯化铵、二 乙基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、十二烷基甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的一种或两种以上组合。
优选步骤1)中所述的交联剂为带二个不饱和键以上的有机小分子。
优选步骤1)中所述的交联剂为二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚或N,N-亚甲基双丙烯酰胺的一种或两种以上组合。
优选所述步骤2)中的引发剂为过硫酸物或过氧化物。更优选步骤2)中的引发剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾的一种或两种以上组合。
优选所述步骤1)中的还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、吊白块、抗坏血酸、抗坏血酸钠、异抗坏血酸或次磷酸钠的一种或两种以上组合。
本发明制备的抗盐抗菌型高吸水树脂是对传统吸水树脂技术的突破，将不饱和季铵盐类小单体引入到吸水树脂中，使其具有抗菌性，不饱和酰胺类小单体和不饱和磺酸类小单体的引入使其具备抗盐性。本发明方法先使不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体和不饱和季铵盐类小单体进行自由基聚合，通过反应时间，温度，单体摩尔比的不同来控制聚合物的分子量，然后在滴加交联剂，从分子结构层面的设计可以开发出不同性能特点或是新型结构的具有更好性能的系列化高性能吸水树脂，满足建筑材料，卫生保健等领域对吸水树脂的特殊需求，可以肯定它将具有广阔的发展潜力及市场前景。
本发明方法是采用水相自由基聚合反应合成抗盐抗菌型高吸水树脂，工艺简单，且赋予了吸水树脂新的功能抗盐抗菌性，解决了吸水树脂抗盐性、强度低等问题。
有益效果：
1.本发明方法所利用的原料来源丰富，易购买。
2.本发明方法吸水树脂结构中通过引入季铵盐基团，使得到的吸水树脂具有抗菌性。
3.本发明方法制备的抗盐抗菌型高吸水树脂产品通过引入不饱和酰胺类小单体和不饱和磺酸类小单体，使其在高吸水的前提下又具有抗盐性。
4.本发明方法制备的抗盐抗菌型高吸水树脂产品强度大。
5.本发明方法在制备的抗盐抗菌型高吸水树脂产品整个制备过程中安全可靠、操作步骤简单方便，不使用有机溶剂，无毒无污染，对环境安全等优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。
实施例1
1)将丙烯酰胺10g、烯丙基磺酸钠2g、二甲基二烯丙基氯化铵1g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含2g双氧水和0.1g抗坏血酸钠的水溶液，保持温度35℃反应3小时后，滴加三乙二醇二乙烯基醚0.03g反应30分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例2
1)将N,N-二甲基丙烯酰胺10g、苯乙烯磺酸钠8g、二乙基二烯丙基氯化铵3g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加过含硫酸铵0.3g和0.1g亚硫酸钠的水溶液，保持温度45℃反应4小时后，滴加0.05gN,N-亚甲基双丙烯酰胺反应28分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例3：
1)将N,N-二乙基丙烯酰胺10g、乙烯基磺酸钠6g、三甲基烯丙基氯化铵5g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钾1g和0.6g亚硫酸氢钠的水溶液，保持温度50℃反应4.5小时后，滴加二乙二醇二乙烯基醚0.03g和二乙二醇二乙烯基醚0.04g反应25分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例4：
1)将异丙基丙烯酰胺10g、甲基丙烯磺酸钠8g、十二烷基甲基苄基氯化铵6g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸铵0.85g和0.5g抗坏血酸钠的水溶液，保持温度55℃反应5小时后，滴加二乙二醇二乙烯基醚0.09g得到反应22分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例5：
1)将N-乙烯基吡咯烷酮10g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸7g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵7g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钠0.21g、过硫酸钾1.2g和0.9g抗坏血酸钠的水溶液，保持温度60℃反应3小时后，滴加0.1g二乙二醇二乙烯基醚得到反应20分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例6：
1)将N-乙烯基乙酰胺10g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1g加入反应器中，搅拌均匀然后分别滴加含双氧水1.8g和0.8g吊白块的水溶液，保持温度65℃反应3.5小时后，滴加0.12g三乙二醇二乙烯基醚得到反应18分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例7：
1)将N-乙烯基甲酰胺10g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2.7g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2g滴加反应器中搅拌均匀，然后分别加入含过硫酸钾1.6g和0.6g异抗坏血酸的水溶液，保持温度70℃反应4小时后，滴加0.15gN,N-亚甲基双丙烯酰胺得到反应15分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例8：
1)将N-甲基-N-乙烯基乙酰胺10g、甲基烯丙氧基磺酸钠4g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2g、二甲基二烯丙基氯化铵2g、二乙基二烯丙基氯化铵5g加入反应器中搅拌均匀，然后分别含滴加过硫酸铵0.8g和0.4g次磷酸钠的水溶液，保持温度75℃反应4.5小时后，滴加0.25gN,N-亚甲基双丙烯酰胺得到反应12分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例9：
1)将N-烷基丙烯酸酯10g、乙烯基磺酸钠1g、甲基烯丙基磺酸钠3g、三甲基烯丙基氯化铵8g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钾0.5g和0.1g异抗坏血酸的水溶液，保持温80℃反应5小时后，滴加三乙二醇二乙烯基醚0.35g得到反应10分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
实施例10：
1)将N-烷基甲基丙烯酸酯10g、烯丙基磺酸钠3g、十二烷基甲基苄基氯化铵5g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2g加入反应器中搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钾1.4g和0.6g抗坏血酸钠的水溶液，保持温度80℃反应5小时后，滴加二乙二醇二乙烯基醚0.5g得到反应1分钟得到高分子凝胶产物。
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
吸水率测试方法：取一定干燥恒重的抗盐抗菌高吸水树脂(m1)置于大量的蒸馏水，含不同金属离子自来水，1wt％氯化钠水溶液中，等待其吸水饱和后，用滤纸吸附树脂表面的水份称量得重量m2(三次称量其重量不变)。吸水率Q＝(m2-m1)/m1,单位为g/g，每次实验做三次，平均值。将实施例1～10得到的吸水树脂进行吸水测试，用市场常见丙烯酸型高吸水树脂作为对比样。
抑菌实验方法：取实施例1～10得到的吸水树脂粉末0.10g、18mL生理盐水溶液、1mL LB液体培养基加入100mL的锥形瓶中，高压灭菌后加入1mL培养好的金黄色葡萄球菌液，置摇床(37℃,150rpm)震荡培养8h，空白对照不加树脂样品。用移液枪从锥形瓶中移取0.5mL菌液做10-6、10-7的稀释后涂布平板，每个稀释度涂三个培养皿，于37℃培养箱培养24h，观察细菌生长情况，计算每个平板上菌落数，取其平均值。按公式计算树脂抑菌率：η＝(N1-N2)/N1。其中N1表示空白对照培养皿上的平均菌落数，N2表示加入树脂样品处理后的含菌液在培养皿上的平均菌落数。当季铵盐类小单体添加量为0时，树脂的抑菌率接近于0，排除了树脂抑菌作用是由于在较低中和度条件下合成树脂(树脂显酸性)所引起的可能性。随着季铵盐小单体添加量的增加，树脂的抑菌率逐渐增大。
样品 抑菌率/％
空白样 0
实施例1 10
实施例2 25
实施例3 40
实施例4 50
实施例5 58
实施例6 10
实施例7 25
实施例8 55
实施例9 60
实施例10 70

Claims (9)

1.一种抗盐抗菌型高吸水树脂的制备方法，其具体步骤如下：
1)将不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体、不饱和季铵盐类小单体、引发剂和还原剂在35～80℃的氧化-还原体系中进行水相自由基聚合反应3～6小时，滴加交联剂反应1～30分钟后即得到高分子凝胶产物；其中不饱和酰胺类小单体、不饱和磺酸类小单体、不饱和季铵盐类小单体、交联剂、引发剂和还原剂的质量比为1：(0.2～0.8)：(0.1～1)：(0.003～0.05)：(0.03～0.2)：(0.01～0.1)；
2)聚合结束后，将高分子凝胶产物经脱水、分离、干燥即得到抗盐抗菌型高吸水树脂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的不饱和酰胺类小单体用通式：R1CONR2R3表示，其中R1为2～6个碳原子的烯基，R2，R3为1～4个碳原子的烷基或者H；所述的不饱和磺酸类小单体用通式：R4SO3M表示，其中R4为3～8个碳原子的不饱和烯烃基物，M为H、金属离子、铵基或有机胺基。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺的一种或两种以上组合；所述的不饱和磺酸类小单体为烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠、甲基烯丙氧基磺酸钠、烯丙基磺酸胺、苯乙烯磺酸胺、乙烯基磺酸胺、甲基烯丙基磺酸胺、甲基烯丙氧基磺酸胺、烯丙基磺酸钾、苯乙烯磺酸钾、乙烯基磺酸钾、甲基烯丙基磺酸钾或甲基烯丙氧基磺酸钾的一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的不饱和季铵盐类小单体为二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、十二烷基甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的一种或两种以上组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的交联剂为带二个不饱和键以上的有机小分子。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的交联剂为二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚或N,N-亚甲基双丙烯酰胺的一种或两种以上组合。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的引发剂为过硫酸物或过氧化物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的引发剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾的一种或两种以上组合。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、吊白块、抗坏血酸、抗坏血酸钠、异抗坏血酸或次磷酸钠的一种或两种以上组合。
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