阳离子胶原蛋白共聚物的合成、表征与应用研究

摘要

本文根据水溶液聚合法和自由基聚合的原理,在氮气保护的条件下,通过胶原蛋白水解液与阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)接枝共聚,在叔丁基过氧化氢(t-BHP)和焦亚硫酸钠的引发作用下,制备了阳离子胶原蛋白共聚物(PCDMC),并利用红外光谱,热重,凝胶渗透色谱对产物进行了表征。将PCDMC应用于废弃钻井液的无害化处理和皮革染色工序,主要的研究内容及结果如下所示:
　　 (1)胶原蛋白的水解及感官絮凝效果分析:以复合酶(中性蛋白酶和胰蛋白酶等质量混合)酶解法对胶原蛋白进行水解,将胶原蛋白水解液对废弃钻井液的无害化处理,通过检测上清液PCOD(化学需氧量的去除率)和Pss(悬浮物的去除率),利用单因素分析方法优化了反应的最佳条件,胶原蛋白的最佳水解条件为:反应时间为2h,反应温度40℃,反应体系pH为7.0,m(复合酶):m(胶原蛋白)=1:50。废弃钻井液的PCOD和PSS为57.4%,71.7%。感官絮凝效果:该废弃钻井液的上清液较透明,浊度较低,但其絮体较多且紧实度较低,产生大量的污泥,不利于固体废弃物的无害化处理。
　　 (2)阳离子胶原蛋白共聚物的合成及表征:在氮气保护的条件下,在氧化还原引发剂(叔丁基过氧化氢t-BHP和焦亚硫酸钠SPS)的作用下,胶原蛋白水解液与DMC接枝共聚,制备PCDMC,以接枝率和黏度优化了反应的条件:反应体系pH为9.5,m(胶原蛋白):m(DMC)=0.6,阳离子单体聚合温度为60℃,聚合时间为60min,胶原蛋白接枝反应温度为60℃,接枝反应时间120min,m(t-BHP+SPS):m(DMC)=1.5%,m(t-BHP):m(SPS)=1时,单体的接枝率最高可达70%,阳离子接枝共聚物黏度最大为35000mpa·s。利用红外光谱,热重,凝胶渗透色谱对产物进行了表征,结果表明反应是按着预期设计的路线进行的。
　　 (3)PCDMC絮凝剂在废弃钻井液中的应用:利用单因素分析方法,以色度,PCOD和PSS优化了PCDMC的最佳应用条件:PCDMC的用量为20mL,絮凝体系的pH为7.0。PCDMC与工业品絮凝剂的对比研究表明:PCDMC具有较强的化学需氧量和悬浮物的去除能力,并对铬,镉,铅等重金属具有较好的去除效果,达到了污水排放的二级标准。
　　 (4)PCDMC在皮革固色中的应用:PCDMC与甲酸和德美亭江的固色剂DT-A622进行对比,分别以坯革的感官、上染率、K/S值和耐干湿擦牢度作为评价指标,评价PCDMC的固色效果。PCDMC的固含量为37%,接枝率为69%,黏度为300-600mpa·s。结果表明:使用PCDMC固色后,坯革的柔软度和颜色均有所改善,染料的上染率达97%,K/S值23,干擦牢度、湿擦牢度均提高0.5-1个等级。