本技術(shù)：
是如下專利申請的分案申請，原申請的申請?zhí)枺?01410255636.0，申請日：2014-6-10，發(fā)明名稱：一種高強度γ-聚谷氨酸水凝膠的制備方法
本發(fā)明屬于水凝膠領(lǐng)域，具體涉及一種高強度γ-聚谷氨酸水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
γ-聚谷氨酸是由微生物合成的一種細胞外生物高分子氨基酸聚合物，經(jīng)化學(xué)交聯(lián)劑、γ-射線照射或其他方式交聯(lián)可形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高吸水凝膠，具有吸水性、吸濕性和保水等性能，可吸收自身質(zhì)量數(shù)百倍至數(shù)千倍的水量，吸水后膨脹，加壓后水分不會脫去，還具有可再生性和生物可降解性能，是一種對自然環(huán)境友好的保水性材料。可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、化妝品、衛(wèi)生用品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
但在使用中普遍發(fā)現(xiàn)，γ-聚谷氨酸水凝膠吸水后變得軟弱，機械性能較差，在應(yīng)用上會有很大局限。此外，γ-聚谷氨酸水凝膠對純水可達到數(shù)千倍的吸水，但在離子溶液環(huán)境如鹽水中，水凝膠的吸液能力會出現(xiàn)大幅下降。在實際應(yīng)用中，水凝膠常處于需要一定力學(xué)強度的環(huán)境與有一定濃度的離子環(huán)境中。因此提高水凝膠的機械性能和對離子溶液的吸液性能是亟待解決的問題。
現(xiàn)階段制備高強度水凝膠的方法大致可分為物理方法與化學(xué)方法。物理方法主要通過冷凍-解凍或定向冷凍的方式將大分子鏈段在某一個運動狀態(tài)下結(jié)合在一起，形成結(jié)晶、半結(jié)晶狀態(tài)的水凝膠，常用于存在可以自由移動的分子鏈，且存在比較強的分子鏈間相互作用的水凝膠中。(化工新型材料，2001，11：18-20)化學(xué)方法則是在水凝膠的交聯(lián)過程中引入特殊的交聯(lián)中心，或是改變鏈段的長短進行交聯(lián)，得到具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的水凝膠，如引入特殊的交聯(lián)中心、利用均一的高分子鏈長度以及超分子自組裝技術(shù)等。綜上所有的方法中，具有代表性的有拓撲水凝膠、納米雜化水凝膠、互穿/半互穿雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠等。
拓撲結(jié)構(gòu)凝膠是具有8字型交聯(lián)點的水凝膠，但是它的制備工藝復(fù)雜，方法并不具有通用性，目前報道的拓撲水凝膠主要集中在peg-α-cd體系。(高分子通報，2008，03：1-6)納米雜化水凝膠是是通過在水凝膠中加入無機納米粒子，利用有機/無機交替堆砌排列，雜化形成特殊的水凝膠微結(jié)構(gòu)。這種方法結(jié)合了物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)的優(yōu)點，可以極大地提高水凝膠的強度。互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠指的是維持水凝膠基本框架的交聯(lián)的剛性第一網(wǎng)絡(luò)，以及貫穿其中的交聯(lián)度很低甚至不交聯(lián)的柔性第二網(wǎng)絡(luò)。兩種網(wǎng)絡(luò)聚合物相互貫穿而形成的交織網(wǎng)絡(luò)聚合物稱為互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠，若兩種聚合物中只有一種能發(fā)生交聯(lián)而另一種為線型聚合物，則稱為半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。
這些結(jié)構(gòu)的水凝膠不論耐鹽性或機械性能，多少都得到了一定改善。但相比其它兩種結(jié)構(gòu)，納米雜化水凝膠的耐鹽性與機械性能都得到很大提高，因此選用加入鋰藻土納米材料對γ-聚谷氨酸水凝膠進行雜化，得到一種耐鹽性與機械性能俱佳的高強度納米雜化水凝膠。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種高強度γ-聚谷氨酸水凝膠，包括γ-聚谷氨酸、鋰藻土、交聯(lián)劑和蒸餾水。
所述高強度γ-聚谷氨酸水凝膠的制備方法包括：取γ-聚谷氨酸溶解于蒸餾水中，得到γ-聚谷氨酸第一反應(yīng)溶液；按鋰藻土與γ-聚谷氨酸質(zhì)量比0.3-2：1的配比將鋰藻土加入第一反應(yīng)溶液中，得到第二反應(yīng)溶液；在第二反應(yīng)溶液中加入交聯(lián)劑，攪拌均勻，調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液ph環(huán)境為2-12，在50℃恒溫條件下反應(yīng)24h；反應(yīng)結(jié)束后將形成的水凝膠取出。
本發(fā)明利用鋰藻土納米材料在水中剝離分散形成的片層作為γ-聚谷氨酸交聯(lián)的結(jié)點，γ-聚谷氨酸一部分相互交聯(lián)，一部分交聯(lián)于鋰藻土上而相互連接，形成納米雜化水凝膠。一方面納米雜化水凝膠的交聯(lián)密度相比于化學(xué)凝膠來看是比較適度均勻而穩(wěn)定的；另一方面是鋰藻土上的高分子鏈都是相互連接的，相互連接的高分子鏈可以相互協(xié)調(diào)，共同承擔其上面的應(yīng)力，避免產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，因此其具有較好的機械性能。
因為鋰藻土的負電性在一定程度上中和了γ-聚谷氨酸的正電性，導(dǎo)致水凝膠的電離作用下降，從而減弱了水凝膠內(nèi)部的離子強度。根據(jù)flory離子網(wǎng)絡(luò)吸附公式，離子強度與水凝膠吸附倍率的5/3次方成反比，鋰藻土的存在降低離子強度，導(dǎo)致納米雜化水凝膠的吸鹽水倍率升高，因此水凝膠在機械強度提高的同時還增強了耐鹽性。
由本發(fā)明制得的適用于要求水凝膠兼具較好機械性能與耐鹽性的場合，尤其適用于創(chuàng)傷敷料、紡織整理等領(lǐng)域。
具體實施方式
實施例1：
稱取γ-聚谷氨酸2.4g，加水17.6g，充分攪拌，加入鋰藻土1.2g，攪拌均勻后加入乙二醇二縮水甘油醚交聯(lián)劑1.44g，充分攪拌溶解后調(diào)節(jié)ph為4，50℃下恒溫反應(yīng)24h。取出水凝膠參照gb/t1040-92測得壓縮強力為620.6mpa、拉伸強力為1.83mpa、拉伸斷裂伸長率為170％，在生理鹽水中溶脹平衡后測得吸鹽水倍率為39.9倍。
實施例2：
稱取γ-聚谷氨酸1.6g，加水18.4g，充分攪拌，加入鋰藻土0.32g，攪拌均勻后加入乙二醇二縮水甘油醚交聯(lián)劑0.64g，充分攪拌溶解后調(diào)節(jié)ph為4，50℃下恒溫反應(yīng)24h。取出水凝膠參照gb/t1040-92測得壓縮強力為291.7mpa、拉伸強力為0.51mpa、拉伸斷裂伸長率為100％，在生理鹽水中溶脹平衡后測得吸鹽水倍率為42.5倍。
實施例3：
稱取γ-聚谷氨酸6.4g，加水33.6g，充分攪拌，加入鋰藻土0.64g，攪拌均勻后加入乙二醇二縮水甘油醚交聯(lián)劑3.2g，充分攪拌溶解后調(diào)節(jié)ph為4，50℃下恒溫反應(yīng)24h。取出水凝膠參照gb/t1040-92測得壓縮強力為66.4mpa、拉伸強力為0.4mpa、拉伸斷裂伸長率為80％，在生理鹽水中溶脹平衡后測得吸鹽水倍率為39.2倍。
實施例4：
稱取γ-聚谷氨酸4.8g，加水35.2g，充分攪拌，加入鋰藻土2.88g，攪拌均勻后加入乙二醇二縮水甘油醚交聯(lián)劑1.92g，充分攪拌溶解后調(diào)節(jié)ph為6，50℃下恒溫反應(yīng)24h。取出水凝膠參照gb/t1040-92測得壓縮強力為520mpa、拉伸強力為2.07mpa、拉伸斷裂伸長率為180％，在生理鹽水中溶脹平衡后測得吸鹽水倍率為39.8倍。
實施例5：
稱取γ-聚谷氨酸2g，加水8g，充分攪拌，加入鋰藻土1.08g，攪拌均勻后加入乙二醇二縮水甘油醚交聯(lián)劑1.2g，充分攪拌溶解后調(diào)節(jié)ph為3，50℃下恒溫反應(yīng)24h。取出水凝膠參照gb/t1040-92測得壓縮強力為193.7mpa、拉伸強力為1.2mpa、拉伸斷裂伸長率為50％，在生理鹽水中溶脹平衡后測得吸鹽水倍率為36.1倍。