自由基接枝共聚法合成CMC凝胶及其性能研究

自由基接枝共聚法合成CMC凝胶及其性能研究

作者：高心 贺思媛 贺思娴

来源：《中国科技博览》2018年第11期

[摘 要]以羧甲基纤维素钠为基础物质，通过在其上接枝共聚丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）来增加其亲水性。并用N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）作为交联剂，过硫酸铵（APS）作为引发剂，在一定条件下反应使其成为具有一定强度和形状的吸水性CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶。最后的产品通过测定红外、吸水率、溶胀率来表征其自身的结构和亲水性能。

[关键词]羧甲基纤维素；CMC凝胶；吸水率；溶胀

中图分类号：TQ324.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0089-02 1.概述

目前可用来接枝改性的的天然生物聚合物主要有海藻酸钠、淀粉、纤维素及其衍生物、蛋白质等。本文主要对CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶的合成方法及性能进行系统的研究。所以我们采用水溶液自由基接枝共聚的方法，利用氧化还原剂型引发剂过硫酸铵，使羧甲基纤维素钠中羟基上的H被夺走而产生自由基，然后与单体丙烯酸、丙烯酰胺和交联剂NN’亚甲基双丙烯酰胺的混合溶液反应形成CMC-单体自由基，继续与单体进行连增长聚合，最后发生连终止形成成网状结构的聚合物CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶[1]。 2.实验部分

准确称取3.00g的羧甲基纤维素钠（CMC）放置于烧杯（500ml）中，量取200ml去离子水加入烧杯中，把烧杯平稳的放入水浴锅中，准确的称取3.00g的引发剂过硫化铵（APS）置于干燥整洁的烧杯（50ml）中，量取30ml去离子水用玻璃棒搅拌至过硫化铵全部溶解。准确称取6.00g丙烯酰胺（AM）置于烧杯（100ml）中，量取60ml丙烯酸（AA）加入到烧杯中，用玻璃棒搅拌至丙烯酰胺全部溶解然后再用电子天平称取3.00g的N，N亚甲基双丙烯酰胺（MBA）加入到烧杯中，继续搅拌至MBA全部溶解。

恒温水浴锅的温度到60度且羧甲基纤维素钠全部溶解后，就把第5步溶解完成的引发剂溶液逐步的用滴管加入到正在搅拌着的恒温水浴锅中的烧杯中，继续搅拌五分钟以上[2]。调整水浴锅温度至70度，然后开始用滴管逐步向恒温水浴锅中的烧杯中加入第溶解完成的丙烯酸、丙烯酰胺两种单体与交联剂MBA的混合溶液。待恒温水浴锅温度升至70度时，烧杯中

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

的药品发生剧烈的反应，迅速生成凝胶。将装有刚生成凝胶的烧杯从恒温水浴锅中取出，然后贴上标签，用保鲜膜封上烧杯口静置24h以上。

待制得的6份凝胶样品静置24h以后，分别取6份凝胶样品的适量部分样品置于6个烧杯（100ml）中 ，分别向六个烧杯中低价配置好的稀氢氧化钠溶液，待其反应一段时间后。使用抽滤装置分别洗涤这六份凝胶样品至中性。放入真空干燥箱进行干燥温度设定在65度左右。 3.结果与分析 3.1 红外测试

将凝胶样品准备好，用红外光谱仪对样品进行红外分析。每组的测试结果如下列图片所示：

观察上述红外光谱分析图，图中1.2.3.4.5.6分别指第一组到第六组凝胶样品的红外光谱图，以第一组样品的红外光谱图为列进行分析，如第一组图中所示，3403cm-1处为羟基O-H键的伸缩振动峰，2935 cm-1处为C-H对称伸缩振动峰，1652cm-1处为酰胺基团（-CONH2）中羰基的伸缩振动吸收峰，1558cm-1处为羧基阴离子（COO-）中羰基的伸缩振动吸收峰，1407处为酰胺基团（-CONH2）中C-N键伸缩振动峰。由此可以说明以羧甲基纤维素钠为基础物质，通过在其上接枝共聚丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）来增加其亲水性。并用N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）作为交联剂，过硫酸铵（APS）作为引发剂，接枝共聚成为具有一定强度和形状的吸水性CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶。同理可知其他几组样品也都发生反应接枝共聚成功生成凝胶。 3.2 吸水性能测试

将六组样品每组称取0.5g分别放入六个准备好的茶包袋（自重0.75g）中，并将茶包袋分别放入盛有500ml去离子水的烧杯中，茶包袋的自重也要进行准确称量。记得在烧杯上贴上标签，防止弄混，然后将这六个烧杯静置24h以上[3]。最后从烧杯中把样品一一取出，挂起茶包滤去多余的水分，悬挂时间一般在15min以上。称量各组浸泡过后的质量，记录数据并计算出各组的吸水倍率。凝胶的吸水倍数计算。 Q吸= （1）

其中Q吸是指所测凝胶样品的吸水倍数；M2是指吸水平衡后的凝胶样品和茶包袋的总质量；M1是指起始凝胶样品和茶包袋的总质量；M0是指茶包袋本身的质量。 测得数据如表2所示：

由上表可知，第五组凝胶样品的吸水倍数最高，第一组和第六组最低，都是二十七倍。但总体来说几组样品都有很好的吸水性。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

由于六组样品的初始质量都是一样的，所以综合上面可知吸水速度率最块的是第三组凝胶样品，其次是第五组。 3.3 测溶胀率

称取0.5g凝胶样品，放在干燥整洁的培养皿中排其初始照片，并将其凝胶样品转移到茶包袋中，然后把茶包袋放入盛有500ml去离子水的烧杯中浸泡至样品吸水平衡后取出，浸泡时间一般是24h，取出挂滤15min后，称量质量，最后把样品从茶包袋中取出放入培养皿中拍其最后的照片，观察体积变化情况[4]。计算溶胀率。将上述步骤重复六次，将六组组样品凝胶的溶胀率都测出来。测试结果如表3 4.结论

1.以羧甲基纤维素钠为基础物质，通过在其上接枝共聚丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）来增加其亲水性。并用N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）作为交联剂，过硫酸铵（APS）作为引发剂，在一定条件下反应能成功的制成具有一定强度和形状的吸水性CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶[5]。

2.通过红外光谱的分析，说明了丙烯酸和丙烯酰胺两种单体成功的接枝到了羧甲基纤维素上。

3.通过对其吸水性能和溶胀率的测试，知道了该种凝胶具有良好的吸水性能和高溶胀率，吸水速度很快，吸水倍数都在三十倍左右[6]。溶胀效果都很明显。本次制得的凝胶样品中吸水性能和溶胀率最优越的是第五组，其吸水倍数为35倍，希望第五组凝胶样品的配方能够为今后自由基接枝共聚合成CMC-g-p（AA-co-AM）凝胶及其性能的研究方面提供一点帮助和参考。 参考文献

[1] 罗成成，王晖，陈勇.纤维素的改性及应用研究进展[J]，化工进展，2015，3（34） [2] 李建，刘雅南，刘宁，刘涛.羧甲基纤维素的制备研究及应用现状[J]，食品工业科技，2014，8：379-382

[3] 雨电方云. 羧甲基纤维素生产工艺的进展[J].日用化学工业， 2000， 30（4）：25-29.. [4] 宽建，王平，谭跃红.一种高粘度、高取代度、高纯度羧甲基纤维素钠的生产工艺：， CN103421122A[P]. 2013.

[5] 杨光. 丙烯醛气相氧化制丙烯酸催化剂的工艺研究[J].合成橡胶工业，1983（5）：34-37.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[6] 饶兴鹤.罗姆哈斯和恩格哈德获得美国能源部资助开发丙烷制丙烯酸工艺路线[J].精细石油化工进展， 2005，2（6）：10-10. 作者简介

高心（1982.10-），男，汉族，陕西米脂人，北方民族大学材料学院，硕士，主要研究方向为高分子材料。