基于魔芋葡甘聚糖阳离子聚合物的合成及表征

基于魔芋葡甘聚糖阳离子聚合物的合成及表征

任文静;张爱清

【摘要】首先以魔芋葡甘聚糖为原料，制备羧甲基化魔芋葡甘聚糖( CKGM)，然后在水介质中，以过硫酸钾为引发剂，引发羧甲基魔芋葡甘聚糖( CKGM)与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵( DMC)接枝共聚，制备系列含阳离子季铵盐基团的CKGM-g-PDMC接枝共聚物，系统考察了反应条件对接枝共聚物接枝率( GR)和取代度( DS)的影响，与此同时，用FTIR对接枝共聚物结构进行了表征。%Konjak glucomannan was modified by carboxymethylation. Using potassium persulfate as initiator, a series of cationic polymers was prepared by grafting methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride ( DMC ) onto carboxymethyl konjac glucomannan in aqueous solution. The influences of reaction condition on the percentage of grafting ( GR) and degree of substitution ( DS) were investigated. Meanwhile, structures of the graft copolymers were characterized by FTIR.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2015(000)021

【总页数】3页(P96-98)

【关键词】羧甲基化魔芋葡甘聚糖;甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵;过硫酸钾;阳离子聚合物

【作者】任文静;张爱清

【作者单位】中南民族大学化学与材料科学学院，湖北武汉 430070;中南民族大

学化学与材料科学学院，湖北武汉 430070

【正文语种】中文

【中图分类】O636.9

魔芋是天南星科魔芋属多年生草本植物，其主要成分是魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，KGM)［1］。KGM 是一种多糖，其水溶胶的粘度很大，具有优良的成膜性、可溶性、增稠性、良好生物相容性等优点，而且其资源丰富、来源广泛、可生物降解，并且适用于多种方法改性。因此，魔芋可广泛应用于食品、医药、化学、石油、造纸、印染、农业、日化等众多领域，前景十分广阔［2－4］。然而，由于天然KGM 固有的一些缺陷，如魔芋葡甘聚糖不能快速溶胀和水合，溶解速度慢，溶胶稳定性差等，限制了其应用。对KGM 进行适当的化学改性，使之适应现代工业的需要已经引起众多研究者的关注［5－7］。

近年来对魔芋葡甘聚糖的羧甲基化已有一些报导［8－9］。KGM 经过羧甲基化后，水溶性增加［10－11］。甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)是一种性能优异

的阳离子单体，常用来制备阳离子絮凝剂［12－13］。目前人们针对KGM 与丙

烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺及丙烯酸酯接枝共聚已进行了大量研究工作［14－16］，但对于DMC 与CKGM 接枝共聚制备阳离子型接枝共聚物的反应则鲜见报道，DMC 与CKGM 接枝共聚可制备高分子改性的阳离子聚合物，它具有正电性和可

生物降解性，因此可以作为阳离子絮凝剂在污水处理应用。本工作以过硫酸钾为引发剂，在水介质中合成了CKGM 与DMC 接枝共聚物，研究了反应条件对接枝共

聚反应的影响，并对接枝共聚物的结构进行了表征。

1 实验试剂和仪器

实验试剂:魔芋葡甘聚糖(KGM)，湖北省武汉远成共创科技有限公司，使用前先用乙醇对其精制，然后将其真空干燥至恒重;甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC，化学纯)，上海德茂化工有限公司;氯乙酸(化学纯)，石家庄德化工有限公司;甲醇，乙醇和氢氧化钠(分析纯)，北京化工厂。

2 实验方法

2.1 阳离子聚合物的合成

2.1.1 羧甲基魔芋葡甘聚糖(CKGM)的制备

以魔芋葡甘聚糖为原料，将1 g KGM 倒入三颈烧瓶中，加入2 mL 20%的NaOH 稀溶液，用机械搅拌使它们充分混和约30 min。然后再加入溶有7.56 g

CH2ClCOOH 的50 mL 水溶液至反应体系中，保持50 ℃反应3 h。用8 mol/L 的HCl 溶液调节至中性，再用比例为1∶1 的甲醇和乙醇混合液沉淀，抽滤后用40%甲醇洗涤数次，置于恒温真空干燥箱直至恒重。最后碾磨成粉末备用。

2.2.2 CKGM－g－PDMC 的合成

将一定量的CKGM 加入干燥的250 mL 三口烧瓶中，加入适量蒸馏水，在50 ℃恒温水浴中通N2 搅拌1 h。降温至反应温度，加入定量的单体DMC 搅拌一段时间，再加入过硫酸钾，恒温反应3 h，制得改性CKGM 接枝物。冷却至室温，用乙醇沉淀，将沉淀物过滤、洗涤、分离，在50 ℃真空干燥24 h，即得粗产品。用滤纸包裹置于盛有乙醇－甲醇(体积比6∶4)的混合溶剂中进行抽提，以除去均聚物和未反应单体。然后用无水乙醇洗涤至中性，50 ℃真空干燥24 h，得到精制产品。

2.2 接枝率和接枝效率的计算

称一定量的粗产物用滤纸包裹，置于乙醇与甲醇体积比为6∶4 的混合溶液中进行索式提取24 h，除去均聚物，然后用乙醇洗涤，真空干燥至恒重。用下式计算接枝率GR:

式中:W0——CKGM 质量，g

W1——接枝共聚物质量，g

2.3 取代度的测定

CKGM－g－PDMC 的取代度定义为每个CKGM 结构单元上阳离子取代基的平均数。本实验用元素分析仪测定CKGM－g－PDMC 的氮元素的含量(N%)，按式以下公式计算取代度(DS):

2.4 CKGM－g－PDMC 的红外光谱分析表征

取少量样品，溴化钾压片法压片后，用Thermo Nicolet 公司Avatar 470 型FTIR 光谱仪扫描，扫描范围500 ～4000 cm－1。

3 结果与讨论

3.1 CKGM－g－PDMC 的FTIR 分析表征

图1 KGM，CKGM 和CKGM－g－PDMC 的FTIRFig.1 FTIR spectra of KGM，CKGM and CKGM－g－PDMC

图1 是KGM，CKGM 和KGM－g－PDMC 的FTIR 谱图，在KGM 的FTIR 图中，3420 cm－1 为－OH 的伸缩振动;1650 cm－1归属于－OH 弯曲振动的一级泛频;1061 cm－1 和1014 cm－1 归属于－CH2－O－CH2 的伸缩振动。在CKGM 的FTIR 中，3335 cm－1归属于－OH 的伸缩振动;2915 cm－1 归属于－CH 伸

缩振动;1650 cm－1 归属于－OH 弯曲振动的一级泛频;1110 cm－1，1060 cm－1 和1020 cm－1 归属于－CH2－O－CH2 的伸缩振动;1733 cm－1

归属－C=O 伸缩振动，1469 cm－1和884 cm－1归属于季铵盐阳离子上－

CH3 的特征吸收峰，而这是KGM 和CKGM 的FTIR 中没有的，这表明DMC 成

功的接枝到CKGM。