一种聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶及其制备方法。所述水凝胶组成及其含量按摩尔比为交联剂1~20%；聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺为99~80%，是环境友好、可完全生物降解的；制备方法是将交联聚天门冬酰亚胺与氨水进行部份胺解，再在碱性中水解，或先部份水解，再用氨水胺解，经干燥得到聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶。水凝胶吸水倍率为250~1520g/g，吸生理盐水吸水倍率为80~260g/g，本发明专利技术从聚合物结构上改性，其耐盐性得到提高，在生物医药等领域、尤其是农业上的土壤改良、土壤保水、增肥效方面具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可生物降解高分子材料
，具体涉及一种聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶及其制备，尤其是一种可生物降解的交联。
技术介绍
聚天门冬氨酸是一种绿色化学品，可生物降解、无毒、不破坏生态环境，是被人们誉为“绿色”产品的新型生物高分子材料，其用途十分广泛，涉及到工业水处理、农业、医药、日用化学品和石油钻井等行业。由于其性能优越，受到世界各大化学公司的关注，在合成和应用方面做了大量的研究。聚天门冬氨酸水凝胶具有很好地吸水性、生物降解性和生物相容性。现已发现，用于人体它可以通过酶作用而消化吸收，并且在人体内不显抗原性，其代谢物无毒，对人类是安全的；用于农业中，是环境友好的，与全环境相协调。聚天门冬氨酸水凝胶是一种性能优良的绿色功能高分·子材料，具有广泛的应用前景，近年来国内外已经做了大量的研究工作。1995年Nagatomo等在US5461085首次以赖氨酸甲酯为交联剂，进行化学交联获得了聚天门冬氨酸水凝胶(PASP)，此后，受到越来越多的关注，新的改性和新型的凝胶材料不断涌现。PASP水凝胶的制备方法主要为辐射交联法和化学交联法。其中辐射交联法又分为紫外光辐射交联法和r射线交联法。W09937624, EP866084, US5998492, CN1814650, CN101864081 等文献中报道了用化学交联法制备聚天门冬氨酸类水凝胶，公开号为CN102690399A的专利，公开了 “聚天门冬氨酸与聚丙烯酸共聚物互穿网络水凝胶及其制备方法”。改善水凝胶的吸水性、耐盐性方面公开专利有CN101240052A、CN102153693A、CN101967208A等，其中在水凝胶中同时具有-COOH和-C0NH2基团可提高材料耐盐性。聚天门冬氨酸(线性)在农业上的应用文献很多，主要用于肥料增效剂，公开专利有 CN102701865A, CN102674985, CN102643138, CN102617250, CN102531764, US7534280,US20070039365 等。综上所述，现有技术所得聚天门冬氨酸水凝胶，虽然吸水倍率得以提高，但其综合性能，尤其是耐盐性、同时保持材料完全可降解达到绿色环保有待进一步改善。在农业方面，如保水、增肥效、土壤改善性能等方面具有广泛的应用前景，迫切需要以其独特的拓扑结构和基团协同作用，改性聚天门冬氨酸水凝胶材料；在性能改善同时，需低成本制备聚天门冬氨酸类性能优良的水凝胶材料。
技术实现思路
本专利技术目的是通过设计独特的拓扑结构和基团协同作用，获得改性聚天门冬氨酸水凝胶材料，提高其吸水倍率和耐盐性、保持材料完全可降解。提供一种新型聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺共聚物水凝胶及其制备方法。本专利技术是在现有技术基础上，通过胺解与水解，来调控聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺的拓扑结构，得到不同-CONH2与-COOH基团比例、性能优异的水凝胶材料；尤其在耐盐性和可生物降解性方面，得以进一步提高。本专利技术提供的聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺共聚物水凝胶的组成及其含量按摩尔比为交联剂，多胺类化合物含量为I 20% ;聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺为99 80%，其中聚天冬氨酰胺所占比例为I 50%。所述共聚物水凝胶吸水倍率为250-1520g/g，生理盐水吸水倍率为80-260g/g，具有较高的耐盐性。本专利技术提供的聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺共聚物水凝胶的制备方法是，以不同分子量的线性聚天门冬酰亚胺为原料，用化学交联法制取不同交联度的交联聚天门冬酰亚胺，经过部份胺解(氨水)，再水解，或者先进行部份水解(碱解)，然后再胺解，获得聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺共聚物。通过调节氨水和碱的比例(氨水和碱的摩尔比为I 50%)，可获得不同-CONH2与-COOH摩尔比为49 1%的聚天门冬氨酸与聚天门冬酰胺共聚物，其中胺解和水解，在-10 50°C的条件下，控制不同-C0NH2与-COOH分布，但在同一反应釜中进行，工艺过程简单，成本低。所述反应温度优选范围为20 50°C，温度过低溶液发生结晶，整个反应很难进行；温度过高，反应剧烈，不易控制。不同分子量的线性聚天门冬酰亚胺与交联剂摩尔比为I 20%，最优选为I 10%。线性聚天门冬酰亚胺分子量为5000 500000道尔顿。交联剂为1，2_乙二胺、丙二胺、1，4_丁二胺、1，6_己二胺、庚二胺；赖氨酸、鸟氨酸或胱氨酸或它们的盐、脂类；也可以是三胺类或多胺类化合物。氨解反应所述的氨为氨气、氨水、碳酸氨或NH4HCO3等。碱解反应所 述的碱为NaOH、KOH、Na2CO3^ K2CO3或Ca (OH) 3等无机碱或有机碱。胺解和碱解反应所使用的溶剂为H20、乙醇、甲醇、DMF、DMS0等，也可以使上述溶剂的两种或多种混合物。最优选为&0、乙醇或甲醇。本专利技术的优点和有益效果:本专利技术制备了一类新型聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶，除具有普通天门冬氨酸水凝胶具备的生物可降解性和生物相容性以外，还具有吸水性好、抗盐能力强的特性；此外，本专利技术制备方法简单，胺解和碱水解反应都在水中进行，操作简单易于放大工业化生产，成本可以控制在较低水平，此类聚合物水凝胶在农业方面具有很广阔的应用价值。具体实施例方式本专利技术测定聚合物水凝胶的吸水量(吸水倍率)采用茶袋法。操作如下:在温度25°C，湿度50%的条件下，将制备的聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物类水凝胶样品装入茶袋，浸入去离子水中，在一定时间间隔内取出茶袋，在空气中浙水10分钟，称重计为Wt，用对应的空白对照茶袋重复上述步骤，称重为Wo，样品重量为Ws，样品吸水倍率为R，由下式计算样品吸水倍率(R)= (fft-ffo-ffs) /Ws。实施例1:向250ml圆底瓶中加入交联剂为1%摩尔赖氨酸甲酯交联的聚天冬门酰亚胺1.0OOg (其中线性聚天冬门酰亚胺的数均分子量为12万道尔顿)，40ml水，5%摩尔比的氨水，在25°C下搅拌12小时，至溶剂pH为7.8为止；再加入10% (Wt%)的KOH溶液水解，6小时，溶液变为透明凝胶，继续反应8小时，此水凝胶在60°C的鼓风烘箱中，48小时干燥后，得白色(或淡黄色)固体，即聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶。测得其吸水倍率为(在去离子水中)1520g/g，在0.9wt%的NaCl水溶液中，吸水倍率为80g/g。实施例2:步骤同实施例1，交联剂3%摩尔比赖氨酸甲酯，数均分子量为8.2万道尔顿的聚天冬门酰亚胺，3%摩尔比氨水胺解，再用10%的KOH水解。得淡黄色固体；在去离子水中测得其吸水倍率为960g/g，在0.9wt%的NaCl水溶液中，吸水倍率为248g/g。实施例3:步骤同实施例1，交联剂20%摩尔比赖氨酸甲酯，数均分子量为8.2万道尔顿的聚天冬门酰亚胺，1%摩尔比氨水胺解，再用10%的KOH水解。得淡黄色固体；在去离子水中测得其吸水倍率为50g/g，在0.9wt%的NaCl水溶液中，吸水倍率为12g/g。实施例4:步骤同实施例1，交联剂10%摩尔比赖氨酸甲酯，数均分子量为0.5万道尔顿的聚天冬门酰亚胺，5%摩尔比氨水胺解，再用10%的KOH水解。得淡黄色固体；在去离子水中测得其吸水倍率为900g/g，在0.9wt%的NaCl水溶液中，吸水倍率为1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶，其特征在于所述水凝胶的组成及其含量按摩尔比为交联剂，多胺类化合物含量为1～20%；聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺为99～80%，其中聚天冬氨酰胺所占比例为1～50%。
【技术特征摘要】
1.一种聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶，其特征在于所述水凝胶的组成及其含量按摩尔比为交联剂，多胺类化合物含量为I 20% ;聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺为99 80%，其中聚天冬氨酰胺所占比例为I 50%。2.—种权利要求1所述的聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶的制备方法，其特征在于所述方法如下:以线性聚天门冬酰亚胺为原料，首先用化学交联法制取不同交联度的交联聚天门冬酰亚胺，将交联聚天门冬酰亚胺分散在溶剂中，用氨水进行部份胺解，再在碱性中水解，或先进行部份碱水解，再用氨水胺解，经干燥得到不同交联度的、不同聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物比例的聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物水凝胶；其中胺解和水解温度在-10°C 50°C。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于根据不同氨水和碱的摩尔比为I 50%，获得不同聚天门冬氨酸与聚天...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晨曦，赵静，
申请(专利权)人：南开大学，农业部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：
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