甲殼質類水凝膠的制備及性能研究

佟曉磊（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州 730100）

甲殼質類水凝膠的制備及性能研究

佟曉磊
（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州 730100）

水凝膠是指具有高吸水保水性能的一種親水性高分子材料。甲殼質類水凝膠的制備過程：把甲殼質溶解于醋酸溶液中，對得到的溶液進行過濾，然后加入戊二醛進行攪拌，最后放入恒溫箱恒溫一定時間后即得產品甲殼質類水凝膠。

甲殼質；水凝膠；戊二醛

1　緒論

1.1水凝膠的概述

水凝膠指的是高分子鏈通過相互之間的交聯作用而形成網狀的構造，它們可以吸取大量的液體使自身得到溶脹的同時維持其網狀結構的能力，一般有親水基團或親水的鏈段的存在，導致它們在水環境中可以與水結合。但是由于交聯網絡的存在阻止了水凝膠在水中的溶解，使得其顯著地溶脹但卻不溶解于水［1］。

1.2水凝膠的制備

制備水凝膠就是讓其生成交聯高分子。交聯高分子的交聯結構能夠分成兩大類，一類是分子間作用結合而成，另一類是生成共價鍵。經過第一類方法生產的水凝膠被稱作物理水凝膠，經過第二類生成的水凝膠被稱作化學水凝膠。能夠成為水凝膠的條件務必滿足以下兩種要素：①單體、高分子化合物、或者是單體和高分子化合物的體系中的其中一種作為合成水凝膠的原料。②高分子鏈上要有能夠生成交聯高分子的交聯網絡結構以及大量的親水基團［2］。

2　甲殼質類水凝膠的制備

2.1實驗部分

2.1.1實驗步驟

（1）制備甲殼質類水凝膠

用分析天平精確稱2g的甲殼質，將其與30mL的4%的稀醋酸溶液混合，攪拌溶解后，進行過濾，將配制成10mL的4%的戊二醛加入其中，使用攪拌器進行攪拌，放入已調節至50℃的恒溫箱中，經過2h恒溫處理，就可以得到相應的水凝膠；然后再在室溫的條件下，放置2d得到最終產物甲殼質類水凝膠。

（2） 測定甲殼質類水凝膠的溶脹度［3，4］

用分析天平精確稱取3g水凝膠，溶脹在有去離子水的容器中，直至達到平衡，除去過多的水，將水凝膠進行干燥，放置分析天平上量其質量，根據以下公式計算產品溶脹度。

式中SC為水凝膠的溶脹度（%）；Ws為凝膠在去離子水中平衡時的重量（g）；Wd為凝膠未浸泡時重量（g）。

（3）測定甲殼質類水凝膠的硬度

用硬度測試儀QTS-25 Texture Aualyser對樣品進行硬度的測試，把壓頭的下降速度設置成10cm/s，當壓頭將樣品表面壓至8mm左右時，即測得硬度（g），將其測試3次，算出3次的平均值。

2.2影響水凝膠溶脹度和硬度的因素

（1）甲殼質濃度

把30mL的甲殼質溶液的濃度分別配制成2%、4%、6%、8%、10%、12%，加入配制好濃度為3%戊二醛溶液10mL，在反應溫度為50℃下進行反應，稱取以上各3g左右制備好的甲殼質水凝膠，在去離子水中進行溶脹，直至平衡，然后測定其平衡溶脹度，圖1展現了甲殼質濃度對溶脹度的影響。

以相同的方法制備甲殼質水凝膠，放入到已調節至55℃的恒溫水浴槽中，恒溫2h后，放置于室溫條件下1d后測試其硬度，圖2展現了甲殼質濃度對凝膠硬度的影響。

圖1　甲殼質濃度對溶脹度的影響

圖2　甲殼質濃度對凝膠硬度的影響

根據圖1和圖2可知，水凝膠硬度與甲殼質濃度成正比，當甲殼質濃度為12%時最大；而溶脹度與甲殼質濃度成反比。當濃度超過一定范圍時，鏈間氫鍵的數目就會增加，進而導致聚合物的硬度上升使得溶脹度下降。

（2）戊二醛濃度

把10mL戊二醛的濃度各制作成1%、2%、3%、4%、5%、6%，加入在已配制好濃度為4%的甲殼質溶液30mL，放入已調節至50℃的恒溫水浴槽中，恒溫2h后，稱取各3g左右的制備好的甲殼質水凝膠，溶脹于去離子水中，直至平衡，測量其平衡溶脹度，圖3展現了戊二醛濃度對溶脹度的影響。

以相同的方法制備甲殼質水凝膠，放入到已調節至55℃的恒溫水浴槽中，恒溫2h后，放置于常溫條件下1d后測試凝膠硬度，圖4展現了甲殼質濃度對凝膠硬度的影響。

根據圖3和圖4可知，水凝膠的溶脹度與戊二醛濃度成反比，有明顯的下降趨勢。而水凝膠的硬度與戊二醛濃度成正比，有明顯的上升趨勢。由于水凝膠含有大量的親水基，戊二醛濃度不斷的增加，導致交聯程度變大，而凝膠硬度受交聯度的影響也會隨之變大。

圖3　戊二醛濃度對溶脹度的影響

圖4　戊二醛濃度對凝膠硬度的影響

［1］ Masayuki Tomida，Masayoshi Yabe.［J］.Polymer，1997，（38）：2791～2795.

Study on Preparation and Properties of Chitin Hydrogels

Tong Xiao-lei

Hydrogel is a kind of hydrophilic polymer material with high water absorption and water retention properties.Chitin hydrogel preparation process：the chitin dissolved in acetic acid solution，to obtain the solution filter，then stir with glutaraldehyde，and finally into the thermostat for a certain period of time after the product of chitin hydrogel.

chitosan；hydrogel；glutaraldehyde

O631.3

A

1003-6490（2016）05-0144-02

2016-05-10

佟曉磊（1994—），男，河北承德人，本科在讀，主要從事高分子研究。