[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

摘要

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。

主权项

1.一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，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。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，所述聚乙烯醇为线型高分子聚乙稀醇，所述交联剂为N,N‑亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵，所述无机改性膨润土为膨润土在无机酸中进行酸化5～6h得到，所述无机酸包括但不限于硫酸、盐酸和磷酸。

5.根据权利要求4所述的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，所述高分子量聚天冬氨酸的原料包括以下重量份数的物质：顺丁烯二酸酐9～11份和氨水9～16份。

6.根据权利要求5所述的一种聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶，其特征在于，所述高分子量聚天冬氨酸的制备工艺包括以下制备步骤：

a）将顺丁烯二酸酐和其2～50倍重量份的去离子水混合，加入到装有回流冷凝装置的仪器中，并通过油浴加热并恒温至60℃，在60℃条件下搅拌反应30～35min，转速为500～1000r/min，水解得到顺丁烯二酸酐溶液；

b）在冰浴条件下，向步骤a）得到的顺丁烯二酸酐溶液中加入氨水，搅拌均匀后升温至85℃，反应175～200min，转速为500～1000r/min，反映结束后趁热导入瓷质容器中在80～85℃条件下干燥，干燥后得到白色固体状的顺丁烯二酸酐铵盐；

c）将步骤b）得到的顺丁烯二酸酐铵盐置于150～230℃的高温环境中进行聚合反应1～5h，的聚琥珀酰亚胺，并研磨至粉末状；

d）将步骤c）所得粉末状聚琥珀酰亚胺加入到过量水中，搅拌溶解，以2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值至10.9～11.2，在50℃水浴条件下水解60～80min，并以2mol/L的氢氧化钠水溶液保持水解过程pH值保持在10.8～11.2，随后向溶液中边搅拌边加入无水乙醇，产生棕色油状液滴后缓慢滴加，直至上层不产生白色浑浊物，对溶液进行震荡分液，去下层液体置于120～130℃环境中干燥至每小时质量变化率小于0.5%，即得到高分子量聚天冬氨酸。

7.一种如权利要求6所述的聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶的制备工艺，其特征在于，所述聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶的制备工艺包括以下制备步骤：

1）高分子量聚天冬氨酸的制备：

a）将顺丁烯二酸酐和其2～50倍重量份的去离子水混合，加入到装有回流冷凝装置的仪器中，并通过油浴加热并恒温至60℃，在60℃条件下搅拌反应30～35min，转速为500～1000r/min，水解得到顺丁烯二酸酐溶液；

b）在冰浴条件下，向步骤a）得到的顺丁烯二酸酐溶液中加入氨水，搅拌均匀后升温至85℃，反应175～200min，转速为500～1000r/min，反映结束后趁热导入瓷质容器中在80～85℃条件下干燥，干燥后得到白色固体状的顺丁烯二酸酐铵盐；

c）将步骤b）得到的顺丁烯二酸酐铵盐置于150～230℃的高温环境中进行聚合反应1～5h，的聚琥珀酰亚胺，并研磨至粉末状；

d）将步骤c）所得粉末状聚琥珀酰亚胺加入到过量水中，搅拌溶解，以2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值至10.9～11.2，在50℃水浴条件下水解60～80min，并以2mol/L的氢氧化钠水溶液保持水解过程pH值保持在10.8～11.2，随后向溶液中边搅拌边加入无水乙醇，产生棕色油状液滴后缓慢滴加，直至上层不产生白色浑浊物，对溶液进行震荡分液，去下层液体置于120～130℃环境中干燥至每小时质量变化率小于0.5%，即得到高分子量聚天冬氨酸；

2）将无机改性膨润土溶于其100～120倍重量份的去离子水中，对其进行超声分散60～80min，通入氮气对其进行吹扫30～35min，使其脱气；

3）向步骤2）经脱气后的膨润土分散水溶液中加入丙烯酰胺、聚乙烯醇、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和高分子量聚天冬氨酸的混合物，搅拌混合均匀后加入过硫酸铵开始反应，反应过程中控制升温至75℃并保持4～4.2h，反应结束后以去离子水冲洗，并在45～50℃条件下干燥48～50h，得到聚天冬氨酸半互穿纳米复合水凝胶。