[发明专利]一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，所用丙烯酰胺单体是一种非离子单体，可以提高水凝胶的耐盐性能，提高水凝胶的质量，所用线型高分子聚乙稀醇能形成半互穿聚合物网络结构的同时大大提高复合水凝胶的机械性能，所用生物质原料聚天冬氨酸属于无毒、无害、可降解的环保型材料，对环境友好，含有大量的羧基和酰胺基团，使分子链具有良好的水溶性，当其含量较少时，可改善水凝胶的水合性，此外所用膨润土含有大量阳离子，其容易离子化并分散到聚合物网络中以增强复合材料的亲水性和增加其吸水性，而且膨润土是一种耐盐性粘土，将其引入聚合物网络中，能大大增强其耐盐性能。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶领域，尤其涉及一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶。

背景技术

水凝胶通常是指由用水作为分散介质的亲水性不溶性聚合物的三维交联网络组成的一类软物质。由于网络中有大量的水，水凝胶以半液体状和半固体状态存在，因此具有高的储水能力，弹性，柔韧性和渗透性。这种结构能够吸收和保持大量的水，即使在一定压力下也可以很难除去保存的水。它可以减少灌溉水的消耗，提高土壤中保留的肥料用量，降低植物的死亡率。因此，由于其优良的性能，已广泛应用于农业和园艺。然而，以常规方式制备的大多数聚合物水凝胶表现出差的机械性能和稳定性，从而限制了它们作为生物材料的潜在应用。在过去几十年中，水凝胶科学领域的许多工作一直致力于改善水凝胶的机械性能。但对于传统的共价交联水凝胶，聚合物网络的高吸水性和良好的机械性能是相反的。因此，同时制备具有高吸水性和优异机械性能的水凝胶是一个巨大的挑战，更别说提高其稳定性这一大难题了。

近年来，半互穿聚合物网络（semi-IPN）结构引起了关注。半IPN是一种混合两种聚合物的方法，其中线性聚合物链扩散到预先形成的聚合物网络中以在不形成化学键的情况下，在两种聚合物之间产生额外的非共价相互作用。由半IPN技术产生的产品通常表现出优于单一聚合物的惊人性能，即半IPN结构可以提高产品的溶胀能力，机械稳定性和比表面积。但半IPN SAP的高生产成本和较差的生物降解性限制了其更广泛的应用。

虽然已有研究人员研制出具有高吸水性，pH稳定性和耐盐性的复合水凝胶，但要进一步提高其机械性能的水凝胶很少有报道。再者，水凝胶的应用也面临生物降解性差，生产成本高等问题。

中国专利局于2015年5月13日公开了一种高强度水凝胶的发明专利授权，授权公告号CN103131054B，该发明专利采用聚电解质合成第一网络水凝胶，此后进行交联得到高强度的双网络水凝胶，但是其仍存在生产工艺较复杂，难以批量化生产，耐盐性能较低等问题。

发明内容

为解决上述现有技术制备的水凝胶机械性能和稳定性较差，生产工艺较复杂，难以批量化生产，耐盐性能较低等问题，本发明提供了一种合成工艺简单，生产设备简单，成本低廉，耐盐性强，可广泛应用于农业和园林等方面的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，所述聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶的原料包括以下重量份数的物质：无机改性膨润土1～5份，丙烯酰胺单体8～125份，聚乙烯醇2～35份，交联剂0.0008～12.5份，引发剂0.0032～15份和高分子量聚天冬氨酸1.8～25份。

作为优选，所述聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶的原料包括以下重量份数的物质：无机改性膨润土2～3份，丙烯酰胺单体16～75份，聚乙烯醇4～19份，交联剂0.0016～7.5份，引发剂0.0064～9份和高分子量聚天冬氨酸3.2～15份。

作为优选，所述聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶的原料包括以下重量份数的物质：无机改性膨润土2份，丙烯酰胺单体50份，聚乙烯醇12份，交联剂0.0050份，引发剂0.20份和高分子量聚天冬氨酸10份。