[发明专利]一种聚天冬氨酸类吸水树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子吸水树脂制备技术领域，涉及一种以聚天冬氨酸和聚天冬氨酸衍生物为原料制备的聚天冬氨酸类吸水树脂及其制备方法。 

背景技术

超强吸水性吸水树脂是能吸收自身重量几十倍到几千倍水的聚合物，它由水溶性聚合物经过交联剂交联而形成空间网络结构，可吸收大量水而溶胀。传统的超强吸水树脂聚丙烯酸盐吸水树脂，虽然价格便宜，但却是不可再生资源，降解比较慢，降解后的对环境和人类有较大的负面影响。聚天冬氨酸吸水树脂是由天冬氨酸聚合生成聚琥珀酰亚胺，然后，水解、交联而成，不仅具有很好的生物降解性和吸水性能外，还具有很好的生物相容性，其代谢物无毒。可广泛应用与水处理、植物保水、沙漠治理、卫生护理等领域。

现有技术生产聚天冬氨酸吸水树脂多是以聚琥珀酰亚胺为原料，在有机溶剂存在条件下进行交联反应。例如，中国专利CN 1814650公开了一种聚天冬氨酸的制备方法，该方法用非均相悬乳交联法或非均相悬乳交联法制取交联聚琥珀酰亚胺，然后用碱溶液水解制取聚天冬氨酸吸水树脂，该方法过程复杂，所采用的有机溶剂用量大，且对人身体有害，污染环境；回收有机溶剂的工序复杂，成本高，同时还产生二次污染。

中国专利CN 1631517A放弃使用有机溶剂，采用水介质法制备聚天冬氨酸水凝胶。该方法以聚琥珀酰亚胺为原料，以二胺或三胺、四胺等多胺有机碱中的一种或者两种及两种以上的混合物为交联剂，在碱性水溶液中制备交联聚天冬氨酸水凝胶。其过程中使用大量的碱，在提高了成本的同时，也会对环境造成一定的污染。

上述现有技术生产聚天冬氨酸吸水树脂，除了存在环境问题及成本问题，所制得的聚天冬氨酸吸水树脂吸水率也不高，且吸水后吸水树脂的凝胶强度较低，在生理盐水（0.9%NaCl溶液）中的吸水率最高仅为60多倍。

中国专利CN1730105A公开了用微生物发酵合成的聚谷氨酸制备超强吸水剂的方法，聚谷氨酸为发酵法生产，分离纯化过程成本较贵。

美国专利US7759088B2公开了一种制备稳定且生物可降解的高吸水性γ-聚谷氨酸（γ-PGA）水凝胶的方法。该方法采用环氧类物质作为交联剂，将γ-谷氨酸、γ-谷氨酸盐或其混合物，以及（可选择地）包含羧酸和/或羧酸盐基团、氨基酸或其混合物的多糖直接交联。所述多糖选自葡萄糖、果糖、半乳糖、葡萄糖醛酸，以及鼠李糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、葡萄糖醛酸的混合物；所述氨基酸选自聚合氨基酸、多聚赖氨酸、聚天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸及其混合物。采用该方法制得的水凝胶在生理盐水（0.9%NaCl溶液）中的吸水率仅为50倍。

由此可见，目前存在的问题是需要研究开发一种生产成本低廉，吸水倍率高，吸水后树脂的凝胶强度好，且生产过程中不会对环境造成污染的聚天冬氨酸吸水树脂及其制备方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚天冬氨酸类吸水树脂，该树脂的吸水倍率高，吸水后树脂的强度，以及在生理盐水（0.9%NaCl溶液）中的吸水率均明显大于现有技术生产的聚天冬氨酸吸水树脂。

本发明还提供了一种聚天冬氨酸类吸水树脂的制备方法。该方法采用交联剂与聚天冬氨酸及聚天冬氨酸衍生物进行交联反应，制得聚天冬氨酸类吸水树脂，该方法操作简单，成本低廉，易于工业化生产。

为此，一种聚天冬氨酸类吸水树脂，其包含天冬氨酸衍生物单元和交联的天冬氨酸单元或天冬氨酸单元和交联的天冬氨酸衍生物单元或交联的天冬氨酸单元和交联的天冬氨酸衍生物单元，其中所述天冬氨酸衍生物包括N-羟乙基-D,L-天冬氨酸（HEA）和/或天冬酰肼（AHy）。

本发明还提供了根据本发明方法制得的聚天冬氨酸类吸水树脂的应用。其包括所述聚天冬氨酸类吸水树脂在吸收尿液制备尿不湿、吸收血液等体液用于医疗方面、吸附重金属离子、固沙、植物保水等方面的应用。

本发明还进一步提供了一种聚天冬氨酸类吸水树脂的制备方法，其包括交联反应步骤：将交联剂与聚天冬氨酸和聚天冬氨酸衍生物进行交联反应，制得聚天冬氨酸类吸水树脂，其中，所述聚天冬氨酸衍生物包括聚N-羟乙基-D,L-天冬氨酸（PHEA）和/或聚天冬酰肼（PAHy）。

根据本发明方法，在所述交联反应的步骤中，所述聚天冬氨酸与聚天冬氨酸衍生物在水中的总摩尔浓度为1mol/L~4mol/L。

在本发明的一个实施方式中，所述聚天冬氨酸与聚天冬氨酸衍生物的摩尔比为15:1到1:15。优选所述聚天冬氨酸与聚天冬氨酸衍生物的摩尔比为6:1到1:6。