CN104086994A - 聚天冬氨酸凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

聚天冬氨酸凝胶及其制备方法属于有机高分子材料技术领域。现有吸水材料聚丙烯酸类聚合物虽然具有高吸水率，但不具有生物降解性。本发明之聚天冬氨酸凝胶其特征在于呈凝胶态，具有空间网状结构。本发明之聚天冬氨酸凝胶制备方法其特征在于，首先，将聚琥珀酰亚胺接枝烯丙基胺，得到含有烯丙基胺基团的改性聚琥珀酰亚胺；其次，将所述改性聚琥珀酰亚胺用NaOH水解得到改性聚天冬氨酸；第三，将改性聚天冬氨酸以四甲基乙二胺交联，得到聚天冬氨酸凝胶。所获得聚天冬氨酸凝胶吸水率高达600倍，其生物降解性能够由土埋法得到验证，当将该聚天冬氨酸凝胶埋入土中30天后，残余量仅为30％。

Description

聚天冬氨酸凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚天冬氨酸凝胶及其制备方法，以天冬氨酸为原料制备具有高吸水率的聚合物吸水材料，属于有机高分子材料技术领域。
背景技术
能够吸取自身重量百倍以上的吸水材料即为高吸水率材料。在现有技术中，聚合物吸水材料的吸水率能够达到数千倍，适于制作卫生用品、农业用保湿剂等。
现有高吸水率聚合物吸水材料为聚丙烯酸类聚合物，虽然具有高吸水率，但是，不具有生物降解性，如果大量使用会造成严重环境问题。如果以燃烧的方法处理这类吸水材料，由于其中含有大量的水分和盐，在燃烧过程中会腐蚀燃烧炉。
聚天冬氨酸是一种现有物质，属于氨基酸聚合物，尚无明确用途，且不具有吸水功能。
发明内容
本发明的目的在于获得一种具有生物降解性的高吸水率聚合物吸水材料，为此，我们发明了一种聚天冬氨酸凝胶及其制备方法。
本发明之聚天冬氨酸凝胶其特征在于呈凝胶态，具有空间网状结构，其分子式为：
本发明之聚天冬氨酸凝胶制备方法其特征在于，步骤一：将聚琥珀酰亚胺接枝烯丙基胺，得到含有烯丙基胺基团的改性聚琥珀酰亚胺；步骤二：将所述改性聚琥珀酰亚胺用NaOH水解得到改性聚天冬氨酸；步骤三：将改性聚天冬氨酸以四甲基乙二胺交联，得到聚天冬氨酸凝胶。
本发明其技术效果在于，所获得的最终产物聚天冬氨酸凝胶由于具有空间网状结构，根据美国著名高分子物理化学学家保罗.杰.弗洛里(Paul.J.Flory)的离子网眼理论，由于空间网状结构系由高分子电解质组成，而在高分子电解质与水之间存在很强的亲和力，同时，由于聚合物内部存在高浓度可移动离子，因此，在聚合物内部产生渗透压，在所述亲和力和渗透压的共同作用下，大量的水能够被吸收到聚合物内部，因此，本发明之最终产物聚天冬氨酸凝胶具有良好的吸水特性，吸水率高达600倍。另外，由于在本发明之最终产物聚天冬氨酸凝胶中含有胺基结构，使得该产物易被微生物分解，从而使其具有生物降解性，这一特点能够由土埋法得到验证，当将本发明之最终产物聚天冬氨酸凝胶埋入土中30天后，残余量仅为30％。
具体实施方式
1、接枝烯丙基胺合成改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)
在保护气体中，将聚琥珀酰亚胺(PSI)溶解于干燥的极性溶剂中，在40～45℃条件下，与烯丙基胺(arylamine)减压蒸馏浓缩，用甲醇再沉淀，得到固状物；该固形物再用甲醇洗涤，在50～60℃温度下真空干燥，得到改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)。
2、用NaOH水溶液水解合成改性聚天冬氨酸(t-PAsp)
将改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)在冰浴下用NaOH水溶液(NaOHaq.)进行水解，将产物用甲醇再沉淀、洗涤，得到的固状物在50～60℃温度下真空干燥，得到改性聚天冬氨酸(t-PAsp)。
3、合成聚天冬氨酸凝胶(PAspgel)
冰浴下将改性聚天冬氨酸(t-PAsp)溶解于水中，加入过硫酸铵(APS)作为催化剂，与四甲基乙二胺(TMEDA)在40～45℃条件下反应，得到凝胶；将得到的凝胶放入水中，使其膨胀，过滤后得到的凝胶用甲醇洗涤数次，在50～60℃温度下真空干燥，得到聚天冬氨酸凝胶(PAspgel)。
下面举例具体说明本发明。
1、接枝烯丙基胺合成改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)
在保护气体氮气中，将1g聚琥珀酰亚胺(PSI)溶解于5ml干燥的极性溶剂DMF(N,N-二甲基酰胺)中，在40℃条件下，与4mol％烯丙基胺(arylamine)减压蒸馏浓缩2h，用甲醇再沉淀，得到固状物；该固形物再用甲醇洗涤，在真空干燥箱中在50～60℃温度下干燥6h，得到改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)。本步骤反应式如下：
2、用NaOH水溶液水解合成改性聚天冬氨酸(t-PAsp)
将烯丙基胺导入率3mol％的改性聚琥珀酰亚胺(t-PSI)在冰浴下用重量浓度为15％的NaOH水溶液(NaOHaq.)进行水解1h，NaOH的量为琥珀酰亚胺单元的1.1摩尔倍数，将产物用甲醇再沉淀、洗涤，得到的固状物在真空干燥箱中在60℃温度下干燥6h，得到改性聚天冬氨酸(t-PAsp)。本步骤反应式如下：
3、合成聚天冬氨酸凝胶(PAspgel)
冰浴下将烯丙基胺导入率为3mol％的改性聚天冬氨酸(t-PAsp)溶解于1.5摩尔倍数的水中，加入浓度为50mol％的过硫酸铵(APS)作为催化剂，与浓度为13mol％的四甲基乙二胺(TMEDA)在40℃条件下反应2h，得到凝胶；将得到的凝胶分成若干份放入水中，使其膨胀，过滤后得到的凝胶用甲醇洗涤数次，在真空干燥箱中在60℃温度下真空干燥，得到聚天冬氨酸凝胶(PAspgel)。本步骤反应式如下：
最终产物聚天冬氨酸凝胶吸水率的测定：
取经过干燥过的聚天冬氨酸凝胶2g，浸泡于蒸馏水中0.5h后取出，在不再自然滴落水滴时称重，根据吸水率的计算公式：
吸水率＝(含水凝胶重量-干燥凝胶重量)/干燥凝胶重量
得到本发明之聚天冬氨酸凝胶的吸水率为600倍。
生物降解性的测定：
将聚天冬氨酸凝胶埋入土中，30天后，残余量仅为30％。

Claims (4)

1.一种聚天冬氨酸凝胶，其特征在于呈凝胶态，具有空间网状结构，其分子式为：
2.一种聚天冬氨酸凝胶制备方法，其特征在于，步骤一：将聚琥珀酰亚胺接枝烯丙基胺，得到含有烯丙基胺基团的改性聚琥珀酰亚胺；步骤二：将所述改性聚琥珀酰亚胺用NaOH水解得到改性聚天冬氨酸；步骤三：将改性聚天冬氨酸以四甲基乙二胺交联，得到聚天冬氨酸凝胶。
3.根据权利要求2所述的聚天冬氨酸凝胶制备方法，其特征在于，步骤一的具体方案如下：在保护气体中，将聚琥珀酰亚胺溶解于干燥的极性溶剂中，在40～45℃条件下，与烯丙基胺减压蒸馏浓缩，用甲醇再沉淀，得到固状物；该固形物再用甲醇洗涤，在50～60℃温度下真空干燥，得到改性聚琥珀酰亚胺；步骤二的具体方案如下：将改性聚琥珀酰亚胺在冰浴下用NaOH水溶液进行水解，将产物用甲醇再沉淀、洗涤，得到的固状物在50～60℃温度下真空干燥，得到改性聚天冬氨酸；步骤三的具体方案如下：冰浴下将改性聚天冬氨酸溶解于水中，加入过硫酸铵作为催化剂，与四甲基乙二胺在40～45℃条件下反应，得到凝胶；将得到的凝胶放入水中，使其膨胀，过滤后得到的凝胶用甲醇洗涤数次，在50～60℃温度下真空干燥，得到聚天冬氨酸凝胶。
4.根据权利要求3所述的聚天冬氨酸凝胶制备方法，其特征在于，所述的保护气体为氮气，所述的极性溶剂为DMF，步骤一反应式为：
式中arylamine为烯丙基胺；
步骤二的反应式如下：
式中NaOHaq.为NaOH水溶液；
步骤三的反应式如下：
式中APS为过硫酸铵，TMEDA为四甲基乙二胺。
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