一种聚天冬氨酸复合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚天冬氨酸复合水凝胶及其制备方法。该方法采用环氧类物质作为交联剂将聚天冬氨酸或其衍生物与生物质类原料进行交联反应，所制得的聚天冬氨酸复合水凝胶分子中含有价格低廉的生物质类原料，兼具较高的吸水倍率和凝胶强度，生产成本低廉，且不会造成环境污染，易于工业化生产，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子水凝胶制备
，涉及一种聚天冬氨酸复合水凝胶及其制备方法。
技术介绍
超强吸水性水凝胶是一种能够吸水几十倍甚至几千倍于自身重量的聚合物。聚天冬氨酸水凝胶是以聚天冬氨酸为骨架，通过交联形成网络状结构的聚合物，它具有较高的吸水性能，良好的生物可降解性和生物相容性。目前它被广泛的用于卫生保健用品、固沙剂、农业保水剂、废水处理、化学品的控制释放等重要领域。现有的聚天冬氨酸水凝胶均是以聚琥珀酰亚胺为原料通过交联反应制得，由于其原料聚琥珀酰亚胺较为昂贵，造成聚天冬氨酸水凝胶的成本居高，从而限制了该产品的应用，尤其是固沙和农业保水育苗等方面的应用。因此，目前存在的问题是需要研究开发一种生产成本低廉，吸水倍率高，凝胶强度好，且生产过程中不会对环境造成污染的聚天冬氨酸类水凝胶。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种聚天冬氨酸复合水凝胶及其制备方法，该聚天冬氨酸复合水凝胶由聚天冬氨酸或其衍生物与生物质类原料通过交联反应制成，其分子中含有价格低廉的生物质类原料，并具有较高的吸水倍率和凝胶强度，生产成本低廉，具有很好的应用前景。为此，本专利技术第一方面提供了一种聚天冬氨酸复合水凝胶，其由聚天冬氨酸类聚合物与生物质类原料通过交联反应制成，所述聚天冬氨酸类聚合物包括聚天冬氨酸和/或聚天冬氨酸衍生物。所述生物质类原料包括豆粕、花生粕、菜籽粕、棉籽粕、纤维素、木质素和木质素磺酸盐中的至少一种。优选所述生物质类原料为豆粕。在本专利技术的一些实施例中，所述聚天冬氨酸衍生物包括聚N-羟乙基-D,L-天冬氨酸和/或聚天冬酰肼。在本专利技术的另一些实施例中，所述交联剂为环氧类交联剂，其包括乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚和丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。根据本专利技术，所述生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为(0.001-1):1；优选所述生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为(0.01-1):1；更为优选地，所述生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为1:(2-6)；甚至更为优选地，所述生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为1:2。本专利技术的专利技术人研究发现，当生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物质量比过大时，生物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物无法混合均匀。在本专利技术的一些实施例中，所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(1-10):1；优选所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(3-10):1；进一步优选所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(5-8):1。本专利技术第二方面提供了如本专利技术第一方面所述聚天冬氨酸复合水凝胶的制备方法，其包括：步骤L，将生物质类原料混悬液与聚天冬氨酸类聚合物水溶液混合后制成生物质类原料-聚天冬氨酸混合物；步骤M，向生物质类原料-聚天冬氨酸混合物中加入交联剂进行交联反应制成凝胶态聚天冬氨酸复合水凝胶。根据本专利技术，在步骤L中，聚天冬氨酸类聚合物水溶液的pH值为3-8。优选聚天冬氨酸类聚合物水溶液的pH值为4.8-6。本专利技术中，聚天冬氨酸或其衍生物水溶液的pH值可以采用pH调节剂调来进行调节。所述pH调节剂选自盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等各种有机无机酸中的一种或者多种的组合。优选pH调节剂为磷酸。在本专利技术的一些实施例中，在步骤L中，聚天冬氨酸类聚合物水溶液的浓度为1-4mol/L。在本专利技术的另一些实施例中，在步骤L中，生物质类原料混悬液由水和生物质类原料粉末混合而成，其中，0g/L<生物质类原料混悬液的浓度≤333g/L；优选生物质类原料混悬液的浓度为1-33.3g/L；进一步优选生物质类原料混悬液的浓度为33.3g/L。根据本专利技术，在步骤M中，所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(1-10):1；优选所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(3-10):1；进一步优选所述聚天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(5-8):1。根据本专利技术的实施方式，在步骤M之后还包括步骤N，将凝胶态聚天冬氨酸复合水凝胶洗涤、切粒、烘干或适度溶胀后冻干，粉碎，得到粉末状的聚天冬氨酸复合水凝胶。在本专利技术的一些实施例中，在制得凝胶态聚天冬氨酸复合水凝胶后，用水将其洗涤至中性，然后切粒、烘干或适度溶胀后冻干，粉碎，得到粉末状的聚天冬氨酸复合水凝胶。在本专利技术的另一些实施例中，在步骤M中，所述反应的温度为40-60℃。优选所述反应的温度为50℃。在本专利技术的又一些实施例中，在步骤M中，所述反应的时间为8-20小时。优选所述反应的时间为12-16小时；更为优选地，所述反应时间为12-14小时；甚至更为优选地，所述反应时间为14小时。本专利技术的专利技术人研究发现，在步骤M中，当反应的时间低于8小时，生物质类原料-聚天冬氨酸混合物不能成胶，高于16小时则所制得的聚天冬氨酸复合水凝胶吸水率大大降低，同时还增大合成成本，以14小时反应时间为最佳。本专利技术对聚天冬氨酸类聚合物水溶液的制备方法没有特别的限制。例如，聚天冬氨酸类聚合物水溶液既可以由聚天冬氨酸或聚天冬氨酸衍生物(包括聚N-羟乙基-D,L-天冬氨酸和/或聚天冬酰肼)溶于水后制成；也可以由聚天冬氨酸和聚天冬氨酸衍生物(包括聚N-羟乙基-D,L-天冬氨酸和/或聚天冬酰肼)溶于水后制成；另外，聚天冬氨酸类聚合物水溶液还可以直接用碱性溶液将聚琥珀酰亚胺进行水解反应制得。在本专利技术的一些实施方式中，在步骤L之前还包括水解反应的步骤：用碱性溶液将聚琥珀酰亚胺进行水解反应，获得聚天冬氨酸类聚合物水溶液。在本专利技术的一些实施例中，所述碱溶液中碱性物质的浓度为1-10mol/L，优选为1-5mol/L，进一步优选为2-4mol/L。其中，所述碱性物质包括氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、乙醇胺、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种。在本专利技术的另一些实施例中，所述碱性物质与聚琥珀酰亚胺单元环物质的摩尔比为(1-1.5):1。当碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾时，用碱性溶液将聚琥珀酰亚胺进行水解制得的聚天冬氨酸类聚合物水溶液为聚天冬氨酸的水溶液。当碱性物质为乙醇胺时，用碱性溶液将聚琥珀酰亚胺进行水解制得的聚天冬氨酸类聚合物水溶液为聚天冬氨酸衍生物的水溶液。而当碱性物质为乙醇胺与氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的至少一种的组合物时，用碱性溶液将聚琥珀酰亚胺进行水解制得的聚天冬氨酸类聚合物水溶液为聚天冬氨酸和聚天冬氨酸衍生物的水溶液。据本专利技术的专利技术人研究发现，由聚天冬氨酸类聚合物与生物质类原料通过交联反应所制成的聚天冬氨酸复合水凝胶为一种疏松的多孔网络结构，由于生物质类原料，例如豆粕的蛋白结构在其中起到支撑和骨架的作用，因此该结构的水凝胶在具有较高吸水率的同时，还具有较高的凝胶强度，并且反应过程中不需要氮气保护。另外，本专利技术的专利技术人还发现，将聚天冬氨酸类聚合物与生物质类原料通过本专利技术所述交联剂进行交联反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚天冬氨酸复合水凝胶，其由聚天冬氨酸类聚合物与生物质类原料通过交联反应制成，所述聚天冬氨酸类聚合物包括聚天冬氨酸和/或聚天冬氨酸衍生物；所述生物质类原料包括豆粕、花生粕、菜籽粕、棉籽粕、纤维素、木质素和木质素磺酸盐中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种聚天冬氨酸复合水凝胶，其由聚天冬氨酸类聚合物与生物质类原料通
过交联反应制成，所述聚天冬氨酸类聚合物包括聚天冬氨酸和/或聚天冬氨酸衍生
物；所述生物质类原料包括豆粕、花生粕、菜籽粕、棉籽粕、纤维素、木质素和
木质素磺酸盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述聚天冬氨酸衍生物
包括聚N-羟乙基-D,L-天冬氨酸和/或聚天冬酰肼。
3.根据权利要求1或2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述交联剂为环氧
类交联剂，其包括乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩
水甘油醚和丙二醇二缩水甘油醚中的至少一种。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的复合水凝胶，其特征在于，所述生
物质类原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为(0.001-1):1；优选所述生物质类
原料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为(0.01-1):1；进一步优选所述生物质类原
料与聚天冬氨酸类聚合物的质量比为1:(2-6)。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的复合水凝胶，其特征在于，所述聚
天冬氨酸类聚合物与交联剂的摩尔比为(1-10):1；优选所述聚天冬氨酸类聚合
物与交联剂的摩尔比为(3-10):1；进一步优选所述聚天冬...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭天伟，罗楠，曹辉，王扬，史璐皎，韦依，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11