[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于可生物降解高分子材料技术领域，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。

背景技术

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。

WO9937624、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-CONH2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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明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%。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。

本发明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1～50%），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℃的条件下，控制不同-CONH2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℃，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1～20%，最优选为1～10%。线性聚天门冬酰亚胺分子量为5000～500000道尔顿。