一种高分子水凝胶及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于农业物种植技术领域，具体涉及一种高分子水凝胶及其制备方法、应用。所述高分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：以羧甲基纤维素和壳聚糖为原料，在交联剂的作用下制备得到球状水凝胶，所述交联剂为延胡索酸。本发明专利技术制备的高分子水凝胶不仅生物相容性强并且对环境无污染，具有反应条件温和、操作可行性强、材料成本低等特点，得到的水凝胶产品绿色无污染且吸水效果好，在农业方面有着广泛的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高分子水凝胶及其制备方法、应用


[0001]本专利技术属于农业物种植
，具体涉及一种高分子水凝胶及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着气候急剧变化，干旱在全球范围内的发生频率逐年增加。除此之外，随着世界人口的持续增长、农业用水量的逐年增加以及可利用淡水量的降低，进一步加剧了干旱对农作物生产的影响。干旱已然成为了限制中国干旱地区农业生产和社会发展的阻碍之一。作为该地区的主要粮食作物，玉米的生长发育和产量品质正在遭受干旱所带来的严重危害。因此，研究如何缓解干旱对玉米生长造成的不良影响已然成为研究重点之一。
[0003]水凝胶(SAH)是近年来新兴的一种高分子材料，它的使用被认为是一种有效节水灌溉策略，广泛应用于干旱和半干旱地区。水凝胶是交联的三维(3D)聚合物网络，由于各种亲水基团，如羧基、氨基、羟基连接到它们的聚合物主链上，可以吸收和保留大量的水和溶质分子处于溶胀状态。亲水聚合物可以增加土壤的持水能力，降低水分胁迫条件。在降雨/灌溉期间，SAH吸收并保留了大量的水，并充当了额外的孔隙水库。随着干旱期土壤的干燥，SAH吸收的水分被释放到土壤中，植物的根可以吸收这些水分。SAH保留了排水，因此减少了灌溉频率，从而在干旱期间节约了用水。
[0004]然而，目前现有水凝胶是基于丙烯酸或聚丙烯酰胺的单体或聚合物，它们是从石油中提取的，很难在土壤中降解。此外，在某些情况下，它们的降解产物可能具有生物毒性，因此研究一种环境友好型水凝胶成为研究者日趋关注的焦点之一。羧甲基纤维素(CMC)是一种纤维素衍生物，具有水溶性好，吸湿性强，无毒且抗盐性强的特点，以CMC为原料合成的水凝胶具有含水量高、生物降解性好、无毒性等特性，被广泛应用于农业和生物医学领域。壳聚糖(CSN)资源丰富，制法简单，价格低廉，又因其具有良好的化学物理性质能和多种物质结合，可用于许多领域。因此，如何将这两种多糖为原料制备绿色可降解水凝胶，并在风沙土壤中缓解干旱方面具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种高分子水凝胶及其制备方法、应用，制备的高分子水凝胶不仅生物相容性强并且对环境无污染，具有反应条件温和、操作可行性强、材料成本低等特点，得到的水凝胶产品绿色无污染且吸水效果好，在农业方面有着广泛的应用前景。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
[0007]本申请的第一个目的是提供一种高分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：以羧甲基纤维素和壳聚糖为原料，在交联剂的作用下制备得到球状水凝胶，所述交联剂为延胡索酸。
[0008]优选的，包括如下步骤：
[0009]S1、将延胡索酸溶于水中，加热搅拌至完全溶解得到延胡索酸溶液；
[0010]S2、将甲基纤维素溶液与S1得到的延胡索酸溶液混合，得到混合液，在加热搅拌条件下将混合液滴入壳聚糖乙酸溶液中，滴加结束后，过滤、清洗和干燥得到高分子球状水凝胶。
[0011]优选的，S1中，所述延胡索酸溶液的浓度为0.6％，加热的温度为35～55℃，搅拌的转速为200～400rpm。
[0012]优选的，S2中，所述甲基纤维素溶液为甲基纤维素水溶液，甲基纤维素水溶液的浓度为1％。
[0013]优选的，S2中，所述壳聚糖溶液为壳聚糖乙酸溶液，所述壳聚糖乙酸溶液的浓度为1～3％。
[0014]优选的，S2中，所述甲基纤维素溶液、延胡索酸和壳聚糖乙酸溶液的体积比为1:1:1。
[0015]优选的，S2中，加热的温度为40～60℃，搅拌的转速为400～650rpm，干燥的方式为室温风干或真空冷冻干燥，真空冷冻干燥的温度为
‑
80℃，时间为40h。
[0016]本专利技术的第二个目的是提供上述制备方法制备的高分子水凝胶。
[0017]本专利技术第三个目的是提供上述高分子水凝胶在风沙土壤中缓解玉米干旱胁迫的应用。
[0018]优选的，所述高分子水凝胶与风沙土壤的质量比为1～2:500。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术以天然高分子壳聚糖以及纤维素的衍生物为原料制备高分子水凝胶，具有反应条件温和、操作可行性强、材料成本低等特点，得到的水凝胶不仅生物相容性强并且对环境无污染，吸水率较高，可达30～80g/g，可以吸附大量的水。
[0021](2)本专利技术制备的高分子水凝胶相比现有的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯或其衍生物制备的水凝胶，不仅对种子无毒无害，还在自然环境中易降解，对环境友好，在农业上可固结风沙。本专利技术水凝胶与沙土混合后可以使沙土维持稳定不易崩塌；而且还能通过提高土壤孔隙度和通透性，来改善土壤的物理结构，有效缓解玉米的干旱效应。
附图说明
[0022]图1为本专利技术制备CMC/FU/CSN水凝胶的工艺路线图；
[0023]图2为本专利技术制备CMC/FU/CSN水凝胶的工艺路线图；
[0024]图3为本专利技术制备的CMC/FU/CSN水凝胶的吸水溶胀率变化曲线图；
[0025]图4为本专利技术制备的CMC/FU/CSN水凝胶保水率变化曲线图；
[0026]图5为本专利技术实施例2制备的CMC/FU/CSN水凝胶的扫描电镜图；
[0027]图6为本专利技术实施例2制备的CMC/FU/CSN水凝胶的傅里叶红外光谱图；
[0028]图7为本专利技术实施例2制备的CMC/FU/CSN水凝胶的能谱衍射图；
[0029]图8为本专利技术实施例2制备的CMC/FU/CSN水凝胶的热重分析图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]需要说明的是，本专利技术中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围，除非另有特别说明，本专利技术以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
[0032]实施例1
[0033]一种高分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0034]S1、将延胡索酸FU溶于水中，在40℃、300rpm的条件下搅拌至完全溶解得到浓度为0.6wt％的FU水溶液；
[0035]S2、将甲基纤维素CMC溶于水中，在45℃、500rpm的条件下搅拌至完全溶解得到浓度为1wt％的CMC水溶液；
[0036]将壳聚糖CSN，置于浓度为1％乙酸水溶液中，在65℃、750rpm的条件下搅拌完全溶解得到浓度为1wt％的CSN乙酸溶液；
[0037]将CMC水溶液与S1得到的FU水溶液等体积混合，搅拌均匀形成CMC/FU混合液，加热CSN乙酸溶液加热至40℃，在500rpm的条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以羧甲基纤维素和壳聚糖为原料，在交联剂的作用下制备得到球状水凝胶，所述交联剂为延胡索酸。2.根据权利要求1所述的高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将延胡索酸溶于水中，加热搅拌至完全溶解得到延胡索酸溶液；S2、将甲基纤维素溶液与S1得到的延胡索酸溶液混合，得到混合液，在加热搅拌条件下将混合液滴入壳聚糖乙酸溶液中，滴加结束后，过滤、清洗和干燥得到高分子水凝胶。3.根据权利要求2所述的高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，所述延胡索酸溶液的质量浓度为0.6％，加热的温度为35～55℃，搅拌的转速为200～400rpm。4.根据权利要求2所述的高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，所述甲基纤维素溶液为甲基纤维素水溶液，甲基纤维素水溶液的质量浓度为1％。5.根据权利要求2所述的高分子水凝胶的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春，靳婷，韦革宏，王攀，焦硕，王灵敏，陈银元，马瑞雪，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：