[发明专利]一种以制革废料为原料所制备的蛋白基两性高吸水树脂及其制备方法

说明书

本发明提供一种以制革废料为原料制备的蛋白基两性高吸水树脂，其结构通式如下：本发明为一种两性高吸水树脂，具备高吸液性能，吸水倍率达2900～3200g/g，吸收0.9wt％NaCl倍率为140～180g/g，以及相对阴离子高吸水树脂的高凝胶强度，并且具有生物可降解性，主要适用于农林园艺，适于推广。本发明还提供上述蛋白基两性高吸水树脂的制备方法，其利用制革废皮边角料为原料，采用“一锅法”进行合成，简化了生产工艺，减少设备投入，降低生产成本。

技术领域

本发明属于高分子吸水树脂领域，具体涉及一种以制革废皮边角料为原料所制备的蛋白基两性高吸水树脂及其制备方法。

背景技术

我国是制革大国，每年产生的皮革废弃物占全世界总量的一半，约为160 万吨。皮革废弃物中胶原蛋白含量占95％以上，胶原蛋白作为天然高分子，不仅具有很好的生物降解性，而且含有大量的亲水官能团，如-OH、-COOH、-NH₂等，这些官能团的存在使胶原蛋白具有较强的吸水保湿功能。目前，我国在皮革废弃物利用方面研究较少，大部分皮革废弃物没有得到合理利用。

我国为农业大国，又是一个水资源匮乏的国家，实施高效节水农业是中国农业可持续发展的必由之路。高分子吸水树脂(下简称高吸水树脂，英文简称SAP) 是一种具有高效吸水和高效保水性能高分子材料的总称，其结构为轻度交联的三维网状，分子链上有众多-COOH、-OH、-SO₃H等亲水基团，能够吸收自身质量几百倍甚至上千倍的水份。

目前，高吸水树脂实际应用最为广泛、产量最大的是聚丙烯酸(盐)类高吸水树脂，其结构中起吸水作用的基团主要是阴离子基团，故称为阴离子高吸水树脂，在吸水过程中，阴离子被电离并固定在三维网状结构中，它们间的排斥导致高吸水树脂膨胀并进一步吸水，达到溶胀平衡。但在自然条件下，土壤中存在大量金属离子(如：Ca²⁺、Mg²⁺)，这些金属离子和高吸水树脂中的阴离子螯合，发生交联，使其网络结构紧缩甚至崩解，从而导致阴离子高吸水树脂吸水和耐盐能力降低。如果在阴离子高吸水树脂中引入阳离子单体，阳离子型亲水基团遇到水，在水分子的作用下，形成阳离子，增加网络内部离子浓度；再者阳离子单体与阴离子单体通过静电和氢键作用，提高树脂的凝胶强度，防止高吸水树脂结构的紧缩和坍塌，树脂的耐盐性和吸水倍率的将有显著提高。因此，两性高分子吸水树脂在土壤保水中更具有潜在的应用价值。

关于阴离子高吸水树脂，本申请人在先中国专利CN105175646A公开了一种从制革废皮边角料中制备具有氮和钾化肥缓释功能的农用保水剂方法，按所述制备方法可得到一种具有吸水性能良好，并能缓释肥料的农用可降解保水剂材料，最大吸水倍率为2300g/g，吸收0.9wt％NaCl倍率为170g/g，但其仍具有上述阴离子高吸水树脂的共同缺点，并且其凝胶强度太弱，当运用于土壤中时，凝胶易破损，保水效果不理想。王一坤等人(王一坤.胶原水解物改性聚丙烯酸类高吸水树脂的研究[D].郑州大学,2011.)从皮革废弃物中得到胶原蛋白接枝丙烯酸、丙烯酰胺聚合生成高吸水树脂(PAAS-PAM-CH)，其特点是利用皮革废弃物中的胶原蛋白制备高吸水树脂，废弃物的资源化利用，提高生物降解性；缺点是吸水倍率不高，吸水倍率最大为1097g/g，吸0.9wt％NaCl为160g/g。