一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术属于土壤保水剂制备领域，具体涉及一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法。本发明专利技术步骤包括：(1)将干基淀粉置于三口烧瓶中，加适量蒸馏水，于水浴锅中糊化后，得到淀粉糊；(2)按配方量称取聚天冬氨酸，溶解于适量蒸馏水中，搅拌后得聚天冬氨酸溶液，将适量丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中得到丙烯酸与聚天冬氨酸的混合物；(3)将丙烯酸与聚天冬氨酸的混合物加入到步骤(1)的淀粉糊中，混合后，依次加入引发剂过二硫酸钾、亚硫酸钠和交联剂亚甲基双丙烯酰胺；(4)反应物成胶后，切成胶块，置自来水中浸泡，洗去未反应的单体、引发剂和交联剂，样品洗涤至中性，经干燥、粉碎和过筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶成品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤保水材料制备
，具体涉及一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法。
技术介绍
我国水资源缺乏，雨水分布不均匀，土壤水分的缺乏严重影响农业和林业的生产。土壤保水剂可通过提高土壤对天然降水以及人工灌溉水的吸收能力、降低土壤水分的蒸发，从而提高水分利用率。土壤保水剂亦可作为土壤改良剂，促进土壤团粒结构的形成，从而稳定土壤结构、缩小土壤的地温差、改善通透性用。同时，由于土壤保水剂吸水后可膨胀至原有体积的成百上千倍，当水分释放后，体积又回缩，故而其膨胀与收缩过程，可改变土壤的疏松程度，可为微生物的活动提供有力的生活环境。因此，土壤保水剂成为提高水分利用率、增加农作物产量的有效方法。水凝胶是较常见的一类土壤保水材料，在其结构内外可形成三种状态的水，即结合水、束缚水和自由水。其中自由水约占98％，是农作物可吸收并且利用的有效水。然而水凝胶在酸性或者碱性介质中，其吸水能力会陡然降低，从而影响其对酸性或者碱性土壤的保水性能。环境友好型土壤保水剂符合环境保护和社会可持续发展的要求，是未来土壤保水剂的发展趋势。但是现有制备土壤保水剂的材料大多为石油化工产品的衍生物，并不能被土壤中微生物降解，由此石油源的保水剂材料会遗留在土壤中，造成环境污染等一系列问题。本专利技术所制得的pH敏感型半互穿网络水凝胶为可降解型新材料，故可满足使用的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种制备pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法。本专利技术制得的pH敏感型水凝胶材料能在pH5～12范围内均可保持较大的吸水能力，从而可将其用于酸性或者碱性土壤的保水剂。本专利技术的通过如下技术方案实现：一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法，包括下列步骤：按原料的质量份数计：(1)将1份干基淀粉置于三口烧瓶中，加入20份蒸馏水，于90℃水浴锅中糊化30min后，将水浴锅降到60℃；(2)称取2～6份聚天冬氨酸，将其溶解于4份蒸馏水中，经搅拌后得到聚天冬氨酸溶液，再将6份丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中，得到聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物；(3)缓慢将步骤(2)所得聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物加入到步骤(1)所得的淀粉糊中，混合10min后，依次加入引发剂过二硫酸钾0.1份和亚硫酸钠0.04份，交联剂亚甲基双丙烯酰胺0.04份；(4)待反应物成胶后，将其切成1cm3大小的胶块，置于5.0L自来水中浸泡5天，洗去未反应的淀粉、聚天冬氨酸、丙烯酸、引发剂二硫酸钾和亚硫酸钠，交联剂亚甲基双丙烯酰胺后，将样品洗涤至中性，经鼓风干燥箱在80℃干燥至恒重，粉碎机粉碎，过200目筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶。作为优选方案，所述步骤(2)中聚天冬氨酸为4份。由上述制备方法得到的pH敏感型半互穿网络水凝胶，在整个pH范围内其吸水能力在pH＝6及pH＝11处呈现吸水最大值。一种pH敏感型半互穿网络水凝胶，按下列步骤制备得到，以质量份数计的原料配比为：(1)将1份干基淀粉置于三口烧瓶中，加入20份蒸馏水，于90℃水浴锅中糊化30min后，将水浴锅降温至60℃，得到淀粉糊；(2)取2～6份聚天冬氨酸，溶解于4份蒸馏水中，经搅拌后得到聚天冬氨酸溶液，再将6份丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中，得到聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物；(3)缓慢将步骤(2)所得的聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物混加入到步骤(1)的淀粉糊中，混合10min后，依次加入引发剂过二硫酸钾0.1份、亚硫酸钠0.04份和交联剂亚甲基双丙烯酰胺0.04份；(4)待反应物成胶后，切成1cm3的胶块，置于5.0L自来水中浸泡5d，洗去未反应的淀粉、聚天冬氨酸、丙烯酸、亚硫酸钠，引发剂二硫酸钾和亚硫酸钠，交联剂亚甲基双丙烯酰胺，将样品洗涤至中性，在80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机粉碎，过200目筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶。作为优选方案，其中上述步骤(2)中的聚天冬氨酸为4份。与现有的技术相比，本专利技术制备的pH敏感型半互穿网络水凝胶具有如下显著优点：1、水凝胶在酸性或者碱性介质中，其吸水能力会陡然降低，从而会降低其对土壤的保水性能。本专利技术制备的pH敏感型水凝胶能在pH5～12范围内均可保持较大的吸水能力，从而可将其用于酸性或者碱性土壤的保水剂。2、现有合成土壤保水剂所选用的单体大多来自石油化工衍生物，使用之后会遗留在土壤中，降低土壤产率，引起环境污染。本专利技术中所制备的pH敏感型半互穿网络水凝胶中引入了可生物降解的淀粉与聚天冬氨酸，从而可加快土壤保水剂的降解速率，因此本专利技术中的土壤保水剂对环境友好。附图说明图1：是本专利技术实施例1中淀粉、聚丙烯酸、聚天冬氨酸和pH敏感型半互穿网络水凝胶的红外光谱图。附图标记说明：从图1中可以看出，本实施例制备的pH敏感型半互穿网络水凝胶中具备淀粉、聚丙烯酸与聚天冬氨酸的特征吸收峰，如在1719cm-1处出现了聚丙烯酸的-C＝O伸缩振动峰，在1409cm-1、1560cm-1分别出现了聚天冬氨酸内酰胺基团中-C-N、-C＝O键的振动峰，在1021cm-1处出现了淀粉中脱水葡萄糖环上-C-O-C的伸缩振动峰。图2：是本专利技术实施例1至3中pH敏感型半互穿网络水凝胶在不同pH值水溶液中吸水溶胀倍率的检测结果。附图标记说明，从图2中可以看出，pH敏感型半互穿网络水凝胶的吸水溶胀率随着水溶液pH的变化而变化，且最大溶胀率不在pH＝7处，在整个pH范围内，溶胀率呈现双峰，即pH＝6和pH＝11。图3：是本专利技术实施例1至3中pH敏感型半互穿网络水凝胶中在pH＝7水溶液中储能模量G’与损耗模量G”的检测结果。附图标记说明，从图3中可以看出，随着构建产物pH敏感型半互穿网络水凝胶中聚天冬氨酸含量的升高，其储能模量G’与损耗模量G”均呈现降低的趋势。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术实施方式并不仅限于此。实施例1(1)将500g的干基普通玉米淀粉置于三口烧瓶中，加入10L的蒸馏水，于90℃水浴锅中糊化30min后，将水浴锅降温至60℃，得到淀粉糊；(2)称取1000g聚天冬氨酸，将其溶解于2L蒸馏水中，搅拌后得聚天冬氨酸溶液，继而将3L的丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中，得到聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物；(3)缓慢将步骤(2)所得的聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物加入到步骤(1)所得的淀粉糊中，混合10min后，依次加入引发剂过二硫酸钾50g、亚硫酸钠20g和交联剂亚甲基双丙烯酰胺20g；(4)待反应物成胶后，将其切成体积约为1cm3的胶块(具体尺寸不限于此)，将其置于500L自来水中浸泡5d，洗去未反应的淀粉、聚丙烯酸、聚天冬氨酸、引发剂及交联剂后，将样品洗涤至中性，在80℃鼓风干燥箱干燥至恒重，用粉碎机粉碎至过200目筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶成品。本实施例制备的pH敏感型半互穿网络水凝胶在pH＝6、pH＝7及pH＝11的吸水倍数经实测分别为100.6g/mL,95.6g/mL,112.8g/mL。淀粉、聚丙烯酸、聚天冬氨酸和pH敏感型半互穿网络水凝胶红外光谱图如图1所示。pH敏感型半互穿网络水凝胶在不同pH值水溶液中吸水溶胀倍率如图2所示；pH敏感型半互穿网络水凝胶在pH＝7水溶液中储能模量G’和损耗模量G”如图3所示。实施例2(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下列步骤，以质量份数计的原料配比如下：(1)将1份干基淀粉置于三口烧瓶中，加入20份蒸馏水，于90℃水浴锅中糊化30min后，将水浴锅温度降至60℃，得到淀粉糊；(2)取2～6份聚天冬氨酸，溶解于4份蒸馏水中，经搅拌后得聚天冬氨酸溶液，再将6份丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中，得到聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物；(3)缓慢将步骤(2)所得聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物加入到步骤(1)所得的淀粉糊中，混合10min后，依次加入引发剂过二硫酸钾0.1份、亚硫酸钠0.04份，交联剂亚甲基双丙烯酰胺0.04份；(4)待反应物成胶后，切成1cm3的胶块，置于5.0L自来水中浸泡5d，洗去未反应的淀粉、聚天冬氨酸、丙烯酸、引发剂二硫酸钾和亚硫酸钠，交联剂甲基双丙烯酰胺后，将样品洗涤至中性，在80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机粉碎，过200目筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下列步骤，以质量份数计的原料配比如下：(1)将1份干基淀粉置于三口烧瓶中，加入20份蒸馏水，于90℃水浴锅中糊化30min后，将水浴锅温度降至60℃，得到淀粉糊；(2)取2～6份聚天冬氨酸，溶解于4份蒸馏水中，经搅拌后得聚天冬氨酸溶液，再将6份丙烯酸缓慢滴加到聚天冬氨酸溶液中，得到聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物；(3)缓慢将步骤(2)所得聚天冬氨酸与丙烯酸的混合物加入到步骤(1)所得的淀粉糊中，混合10min后，依次加入引发剂过二硫酸钾0.1份、亚硫酸钠0.04份，交联剂亚甲基双丙烯酰胺0.04份；(4)待反应物成胶后，切成1cm3的胶块，置于5.0L自来水中浸泡5d，洗去未反应的淀粉、聚天冬氨酸、丙烯酸、引发剂二硫酸钾和亚硫酸钠，交联剂甲基双丙烯酰胺后，将样品洗涤至中性，在80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，用粉碎机粉碎，过200目筛，得到pH敏感性半互穿网络水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种pH敏感型半互穿网络水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的聚天冬氨酸为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宾佳，乔冬玲，牛猛，赵思明，熊善柏，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42