本發(fā)明涉及一種生物基高吸水性樹脂及其制備方法，屬于高分子合成。

背景技術：

1、吸水性材料為能夠吸收自身重量數(shù)倍甚至數(shù)千倍水的材料，普遍具有多孔和網絡結構。傳統(tǒng)吸水性材料，如織物和泡沫，最多可以吸收自身重量約20倍的水，且吸水后在外力作用下水容易被擠出。高吸水性樹脂(sap)是一類不溶于水和有機溶劑，并含有大量強親水性基團，具有一定交聯(lián)度的高分子材料，能夠吸收自身重量幾十到幾千倍的水。高吸水性樹脂吸水后溶脹成水凝膠，具有優(yōu)良的保水性，即使受到擠壓也不易失水，且干燥后仍然可以重復吸水。

2、生物來源的淀粉、纖維素、殼聚糖、腐植酸和木質素等與丙烯酸等共聚可以得到生物基高吸水性樹脂，但此類高吸水性樹脂大部分都屬于部分生物基高吸水性樹脂，且易被微生物分解而失去吸水、保水作用。同時，以丙烯酸為代表的化學合成高吸水性樹脂具有吸水率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

3、因此，開發(fā)一種高穩(wěn)定性的100％生物基高吸水性樹脂顯得十分必要。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足而提供一種生物基高吸水性樹脂及其制備方法，其特點是先將甲基丙烯酸酐、氨基酸和二氨基化合物在水中反應得到甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺羧酸和交聯(lián)劑的混合液；然后加入衣康酸、氫氧化鈉和/或甲基丙烯酸以及水配制成的混合反應液，在引發(fā)劑作用下發(fā)生自由基聚合，最后將所得產物干燥后獲得全生物基高吸水性樹脂。由于本發(fā)明采用的有機原料均為100％生物來源，具有低碳和環(huán)保的優(yōu)點，并且所得樹脂具有吸水速率快、吸水率高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。

2、本發(fā)明的技術方案：

3、本發(fā)明要解決的第一個技術問題是提供一種生物基高吸水性樹脂，其結構式如式i所示：

4、

5、式i中，x＝0.300～0.600，y＝0.100～0.300，z＝0.102～0.600，x+y+z＝1，a＝0.001～0.01，n＝20～2000；

6、r1＝h、—ch3、—ch(ch3)2、—ch2ch(ch3)2、—ch(ch3)ch2ch3、—ch2conh2、

7、—ch2ch2conh2、—ch2coom、—ch2ch2coom、中的至少一種；

8、r2＝—(ch2)5—、—(ch2)9—、—(ch2)10—、—(ch2)13—或—(ch2)4ch(coom)—中的至少一種；

9、m＝h或na，na所占摩爾比例為0.55～0.80；波浪線代表高分子鏈。

10、本發(fā)明要解決的第二個技術問題是提供上述生物基高吸水性樹脂的制備方法，所述制備方法為：先將氨基酸、二氨基化合物和甲基丙烯酸酐在水中反應制得共混液；再加入衣康酸、氫氧化鈉和/或甲基丙烯酸以及水配制成的混合反應液；然后在引發(fā)劑作用下發(fā)生自由基聚合制得產物；最后將所得產物干燥后獲得生物基高吸水性樹脂。

11、進一步，上述制備方法中，各原料的比例為：

12、氨基酸75～612重量份，二氨基化合物1.0～21.4重量份，水200～5000重量份，甲基丙烯酸酐157.1～492.8重量份，衣康酸390～780重量份，甲基丙烯酸0～240.8重量份，氫氧化鈉水溶液561～2880重量份，氧化劑1.0～20.0重量份，還原劑1.0～15.0重量份。

13、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所述氨基酸選自：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、天門冬酰胺、谷氨酰胺、天門冬氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸或色氨酸中的至少一種。

14、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所述二氨基化合物選自：戊二胺、壬二胺、癸二胺、十三烷二胺或賴氨酸中的至少一種。

15、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所述引發(fā)劑為氧化-還原引發(fā)劑，包含氧化劑和還原劑。

16、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所述氧化劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉中的至少一種。

17、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所述還原劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉或葡萄糖中的至少一種。

18、進一步，所述生物基高吸水性樹脂的制備方法包括如下步驟：

19、(1)將氨基酸75～612重量份、二氨基化合物1.0～21.4重量份和水200～2000重量份加入帶有溫度計、氮氣進出管、水冷裝置和剪切攪拌器的反應釜中，通入氮氣，開啟攪拌；

20、(2)通水冷卻，在0.5～1小時內滴加甲基丙烯酸酐157.1～492.8重量份，維持溫度不超過40℃；

21、(3)加入衣康酸390～780重量份、甲基丙烯酸0～240.8重量份和水0～3000重量份，在0.5～1小時內滴加濃度為20～51wt％的氫氧化鈉水溶液561～2880重量份，維持溫度不超過50℃；

22、(4)降溫至0～30℃，依次加入氧化劑1.0～20.0重量份和還原劑1.0～15.0重量份，攪拌至完全溶解；在0.5～1小時內升溫至60～100℃，停通氮氣，停止攪拌，保溫反應2～6小時；

23、(5)降溫，開啟剪切攪拌器將物料切成凝膠顆粒，放出物料，干燥后獲得生物基高吸水性樹脂。

24、進一步，上述生物基高吸水性樹脂的制備方法中，所用有機原料均為100％生物來源。

25、本發(fā)明中，所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。

26、本發(fā)明的有益效果：

27、1.本發(fā)明采用100％生物來源的有機原料制備生物基高吸水性樹脂，具有低碳和環(huán)保的優(yōu)點。

28、2.本發(fā)明的主要原料衣康酸已實現(xiàn)工業(yè)化生產，而氨基酸中的谷氨酸更是產能巨大，具有原料來源豐富、價格低廉的優(yōu)點。

29、3.本發(fā)明的主要原料衣康酸為二元不飽和羧酸，其羧基含量是一元不飽和羧酸的兩倍，所得生物基高吸水性樹脂含有較多的吸水基團，具有吸水速率快和吸水率高的優(yōu)點。

30、4.本發(fā)明采用不同碳鏈長度的二氨基化合物可以制備不同碳鏈長度的交聯(lián)劑，可以靈活調控交聯(lián)密度和交聯(lián)網格大小，所得生物基高吸水性樹脂具有網絡結構可調和吸水穩(wěn)定性好的優(yōu)點。

技術特征：

1.一種生物基高吸水性樹脂，其特征在于，其結構式如式i所示：

2.權利要求1所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述制備方法為：先將氨基酸、二氨基化合物和甲基丙烯酸酐在水中反應制得共混液；再加入衣康酸、氫氧化鈉和/或甲基丙烯酸以及水配制成的混合反應液；然后混合反應液在引發(fā)劑作用下發(fā)生自由基聚合制得產物；最后將所得產物干燥后獲得生物基高吸水性樹脂。

3.根據(jù)權利要求2所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，各原料的比例為：

4.根據(jù)權利要求2或3所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述氨基酸選自：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、天門冬酰胺、谷氨酰胺、天門冬氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸或色氨酸中的至少一種。

5.根據(jù)權利要求2或3所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述二氨基化合物選自：戊二胺、壬二胺、癸二胺、十三烷二胺或賴氨酸中的至少一種。

6.根據(jù)權利要求2或3所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為氧化-還原引發(fā)劑，包含氧化劑和還原劑。

7.根據(jù)權利要求6所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述氧化劑為過氧化氫、過硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鈉中的至少一種；

8.根據(jù)權利要求2或3所述生物基高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于，所述生物基高吸水性樹脂的制備方法包括如下步驟：

技術總結
本發(fā)明涉及一種生物基高吸水性樹脂及其制備方法，屬于高分子合成技術領域。本發(fā)明提供一種生物基高吸水性樹脂，其結構式如式I所示，式I中，x＝0.300～0.600，y＝0.100～0.300，z＝0.102～0.600，x+y+z＝1，a＝0.001～0.01，n＝20～2000。本發(fā)明采用的有機原料均為100％生物來源，具有低碳和環(huán)保的優(yōu)點，所得樹脂具有吸水速率快、吸水率高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：王孝軍,張美林,楊家操,楊杰
受保護的技術使用者：四川大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26