聚天冬氨酸水凝膠的合成及其應用.pdf

1、聚天冬氨酸(Polyaspartic acid，縮寫為PASP)是一種側(cè)鏈帶有大量羧基基團的水溶性氨基酸聚合物，具有良好的生物降解性和生物相容性。將PASP分子鏈間進行交聯(lián)，可以得到微觀結(jié)構(gòu)呈空間網(wǎng)絡狀的PASP水凝膠。在PASP分子主鏈上酰胺鍵的親水性、側(cè)鏈羧基與水分子的結(jié)合性、交聯(lián)結(jié)構(gòu)對水的包容性共同作用下，PASP水凝膠具有優(yōu)良的吸附和保持水的特性。這種特性使得PASP水凝膠在農(nóng)林保水劑、日化用品、藥物載體以及電子、建筑、包裝材料

2、等領域中具有廣泛的用途。目前國內(nèi)外雖已實現(xiàn)了PASP的大規(guī)模生產(chǎn)和應用，但在PASP水凝膠的開發(fā)中，由于生產(chǎn)工藝和成本的限制，僅限于實驗室水平的研究。因此開發(fā)適合PASP水凝膠工業(yè)化生產(chǎn)的合成工藝，并通過中試將其實現(xiàn)大規(guī)模合成，將有力的推動PASP水凝膠的生產(chǎn)和應用水平，為PASP的產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎。
　　本文的工作主要有五方面內(nèi)容:
　　首先，對以二胺化合物為交聯(lián)劑的非均相水解/交聯(lián)一步法PASP水凝膠合成工藝進行了開

3、發(fā)研究。通過對工藝條件的優(yōu)化，得出最佳反應條件是:反應溫度0℃、反應時間12h、PSI單元環(huán)與NaOH的摩爾比為10∶9、PSI單元環(huán)與肼的摩爾比為10∶5，所得到的水凝膠產(chǎn)物最大吸水率為593 g/g，影響反應的顯著性因素是反應溫度。同時，通過對PASP水凝膠降解的研究表明，長時間的簡單機械振動能夠影響PASP水凝膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使其在交聯(lián)點處斷裂而解體;而酶促作用下能夠?qū)е翽ASP主鏈的斷裂，使其降解。
　　其次，研究了以環(huán)氧類

4、化合物為交聯(lián)劑、先水解再交聯(lián)的均相法PASP水凝膠合成工藝，最優(yōu)條件為:反應溫度50℃、pH=4.8、溶劑量6 mL/g PSI、交聯(lián)劑量0.16 M/M PSI(EGDGE)或0.2 M/M PSI(PEGDGE)，產(chǎn)物最大吸水率分別為590g/g(EGDGE)和445g/g(PEGDGE)，其中反應溫度為影響產(chǎn)物吸水率的顯著性因素。
　　第三，分別采用兩種工藝進行了PASP水凝膠的中試試驗，優(yōu)化了試驗工藝條件，經(jīng)多次連續(xù)試驗證

5、明了中試工藝和設備的穩(wěn)定性。并且，在中試生產(chǎn)的基礎上，采用環(huán)氧交聯(lián)PASP水凝膠生產(chǎn)工藝，進行了萬噸級PASP水凝膠生產(chǎn)線的設計。對整個生產(chǎn)線的物料和熱量進行了衡算;依據(jù)中試經(jīng)驗和各工序中物料的通量的計算結(jié)果，進行了設備的設計和選型;對包括原材料、動力、人員工資及固定資產(chǎn)折舊在內(nèi)的產(chǎn)品總成本和單位成本進行了核算。并且，在先期安裝完畢的生產(chǎn)線上進行了PSI固相聚合和水解兩個工序的試生產(chǎn)。在試生產(chǎn)情況下，估算該生產(chǎn)線的產(chǎn)能可達PASP水凝膠

6、12491 t/y，完全符合生產(chǎn)線設計的要求。
　　第四，將PASP水凝膠用作農(nóng)林保水劑，分別以高羊茅、白蠟樹苗、文冠果樹苗為實驗對象，研究了干旱脅迫下PASP水凝膠對植物生長的促進效果。其中，高羊茅施加PASP水凝膠后，在干旱脅迫下可使根長、根數(shù)、含水率分別超過對照區(qū)的117.50％、25.00％、46.08％，并與非干旱脅迫下的植株差距不大。白蠟樹苗施加PASP水凝膠后，不僅能提高其生長量，還可使死亡率降低近68.4％。而在干

7、旱地區(qū)進行的文冠果移栽實驗中，PASP水凝膠對植物的生長促進作用更為明顯，三種移栽方式的成活率和葉片含水率相對于空白分別高出10～20％和20～140％;以QY、Mo、ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIO/RC等葉綠素熒光參數(shù)為代表的生理指標也有明顯的區(qū)別。
　　最后，采用固相合成法，分別以鄰苯二甲酸和丁二酸接枝的交聯(lián)聚苯乙烯樹脂微球為載體，合成了多代數(shù)的Asp樹枝狀聚合物并分別優(yōu)化了其合成工藝條件;通過FTIR、NM