基于接枝聚合法制备的poss接枝氧化海藻酸钠复合材料及方法
阅读说明：本技术 基于接枝聚合法制备的poss接枝氧化海藻酸钠复合材料及方法 (POSS grafted oxidized sodium alginate composite material prepared based on graft polymerization method and method ) 是由 高党鸽 程一铭 吕斌 马建中 叶梦玉 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明为一种基于接枝聚合法制备的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料及方法,其克服了现有技术中胶原改性剂制备过程中产生严重污染的问题,本发明制备过程绿色环保,方法简单,反应周期短。本发明采用下述原料制成：海藻酸钠3-6g,水30-50g,过硫酸铵1-2g,乙烯基笼型倍半硅氧烷0.2-0.8g,四氢呋喃2g,浓度为0.5g/ml的甲基丙烯酸水溶液10-25ml,浓度为0.2-0.5g/ml的高碘酸钠水溶液20ml。本发明首先利用接枝聚合制备POSS-SAG-MAA,然后将其与强氧化剂高碘酸钠反应,经透析冻干提纯后即得POSS-OSA-MAA。(The invention relates to a POSS grafted oxidized sodium alginate composite material prepared based on a graft polymerization method and a method thereof, which overcome the problem of serious pollution generated in the preparation process of a collagen modifier in the prior art. The invention is prepared by adopting the following raw materials: 3-6g of sodium alginate, 30-50g of water, 1-2g of ammonium persulfate, 0.2-0.8g of vinyl cage-type silsesquioxane, 2g of tetrahydrofuran, 10-25ml of methacrylic acid aqueous solution with the concentration of 0.5g/ml and 20ml of sodium periodate aqueous solution with the concentration of 0.2-0.5 g/ml. The preparation method comprises the steps of preparing POSS-SAG-MAA by graft polymerization, reacting the POSS-SAG-MAA with a strong oxidant sodium periodate, dialyzing, freeze-drying and purifying to obtain the POSS-OSA-MAA.)
技术领域：
本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种基于接枝聚合法制备的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料及方法。
背景技术：
海藻酸钠是一类从褐藻类提取出的天然多糖，其分子由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸连接而成。通过对海藻酸钠改性可以赋予其特殊功能。海藻酸钠上的临二醇结构可与强氧化剂反应转化为醛基，高反应活性的醛基为海藻酸钠拓宽了应用领域。同时，在引发剂作用下，海藻酸钠上的羟基可作为活性自由基与不饱和的乙烯基类单体进行接枝聚合，赋予海藻酸钠不同特性。
笼型倍半硅氧烷(POSS)是一类新型有机无机复合材料，分子通式为(RSO1.5)n，n一般为6、8、10、12等，其中以n＝8最典型。其内核为Si-O-Si组成的无机框架，具有高度对称的纳米级立方体笼型骨架，在每一个顶点都有可以自由修饰的活性位点，可以有效地综合有机材料和无机材料两者的优势。POSS改性海藻酸钠能赋予其热稳定性以及药物缓释性能，研究者通过POSS与海藻酸钠的静电作用，制备了海藻酸钠包覆POSS微球，在药物释放领域具有应用潜力。
现有胶原改性剂制备过程中使用小分子醛，反应过程易造成环境污染，并且制备过程复杂。
发明内容
：本发明的目的在于提供一种基于接枝聚合法制备的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料及方法，其克服了现有技术中胶原改性剂制备过程中产生严重污染的问题，本发明制备过程绿色环保，方法简单，反应周期短。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于接枝聚合法制备的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料，其特征在于：采用下述原料制成：海藻酸钠3-6g，水30-50g，过硫酸铵1-2g，乙烯基笼型倍半硅氧烷0.2-0.8g，四氢呋喃2g，浓度为0.5g/ml的甲基丙烯酸水溶液10-25ml，浓度为0.2-0.5g/ml的高碘酸钠水溶液20ml。
一种基于接枝聚合法制备POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：POSS接枝海藻酸钠复合材料的制备：
在三口烧瓶中加入3-6g海藻酸钠以及30-50g的水，水浴升至50℃-70℃，转速设置为300r/min-400r/min，搅拌至溶解；将过硫酸铵1-2g加入三口烧瓶中，随后将0.2-0.8g乙烯基笼型倍半硅氧烷溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将10-25ml浓度为0.5g/ml的甲基丙烯酸水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应4-8h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS接枝海藻酸钠复合材料；
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备：
将步骤一中制备的POSS接枝海藻酸钠复合材料与20ml浓度为0.2-0.5g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应10-24h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS接枝氧化海藻酸钠。
三口烧瓶为装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明以天然高分子海藻酸钠，甲基丙烯酸，乙烯基POSS为原料，通过接枝聚合法和高碘酸钠氧化法制备了含有大量醛基、羧基的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料，该材料具有多支化结构，在胶原改性领域具有应用前景。
2、本发明将POSS与海藻酸钠通过共价键复合。使用本发明方法制备的POSS接枝海藻酸钠复合材料的转化率为90％，对其氧化后制备的POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料多侧链结构上含有大量能与胶原反应的活性官能团，在胶原改性领域具有应用前景。
3、本发明制备过程中不使用小分子醛，反应过程绿色高效；本发明制备过程简单，条件温和，反应周期短，反应易于控制，重复性好。
具体实施方式
：
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。这些实施例是用于说明本发明而不限于本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体实验环境做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本发明为一种基于接枝聚合法制备POSS接枝氧化海藻酸钠复合材料及其方法，首先利用接枝聚合制备POSS-SAG-MAA，然后将其与强氧化剂高碘酸钠反应，经透析冻干提纯后即得POSS-OSA-MAA，反应路线如下式所示：
本发明采用下述原料制成：海藻酸钠3-6g，水30-50g，过硫酸铵1-2g，乙烯基笼型倍半硅氧烷0.2-0.8g，四氢呋喃2g，浓度为0.5g/ml的甲基丙烯酸水溶液10-25ml，浓度为0.2-0.5g/ml的高碘酸钠水溶液20ml。
本发明制备方法包括以下步骤：
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入3-6g海藻酸钠(SAG)以及30-50g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵1-2g加入三口烧瓶中，随后将0.2-0.8g乙烯基笼型倍半硅氧烷(POSS-Vi)溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将10-25ml浓度为0.5g/ml的甲基丙烯酸(MAA)水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应4-8h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS接枝海藻酸钠复合材料(POSS-SAG-MAA)。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.2-0.5g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应10-24h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS接枝氧化海藻酸钠(POSS-OSA-MAA)。
实施例1：
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入3gSAG以及30g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵1g加入三口烧瓶中，随后将0.2gPOSS-Vi溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将10ml浓度为0.5g/ml的MAA水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应4h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS-SAG-MAA。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.2g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应10h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS-OSA-MAA。
实施例2
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入4gSAG以及40g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵1.2g加入三口烧瓶中，随后将0.5gPOSS-Vi溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将15ml浓度为0.5g/ml的MAA水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应4h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS-SAG-MAA。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.5g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应24h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS-OSA-MAA。
实施例3
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入6gSAG以及50g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵2g加入三口烧瓶中，随后将0.8gPOSS-Vi溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将25ml浓度为0.5g/ml的MAA水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应8h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS-SAG-MAA。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.4g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应24h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS-OSA-MAA。
实施例4
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入5gSAG以及45g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵1.8g加入三口烧瓶中，随后将0.6gPOSS-Vi溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将20ml浓度为0.5g/ml的MAA水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应4-8h后，自然冷却至室温，出料，得POSS-SAG-MAA。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.4g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应18h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS-OSA-MAA。
实施例5
步骤一：POSS接枝海藻酸钠的制备
在装有搅拌器和冷凝装置的100mL三口烧瓶中加入4gSAG以及35g的水，水浴升至60℃，转速设置为350r/min搅拌至溶解，将过硫酸铵1.2g加入三口烧瓶中，随后将0.4gPOSS-Vi溶于2g四氢呋喃中，并倒入三口烧瓶中，再将10ml浓度为0.5g/ml的MAA水溶液缓慢滴加至三口烧瓶中进行接枝聚合反应，恒温反应6h后，自然冷却至室温，出料，得到POSS-SAG-MAA。
步骤二：POSS接枝氧化海藻酸钠的制备
将步骤一中制备的POSS-SAG-MAA与20ml浓度为0.2g/ml的高碘酸钠水溶液避光反应16h，随后将产物在去离子水中透析48h提纯，提纯后产物冻干即得到POSS-OSA-MAA。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。