以聚天门冬氨酸为原料制备吸水树脂的研究

杨俊1,2, 方莉1,2, 王芳1,谭天伟1,2

1北京化工大学, 北京，100029，2化工资源有效利用国家重点实验室, 北京,100029

Email: twtan@

摘要：本文采用加入化学交联剂的方法合成聚天门冬氨酸吸水树脂，研究了溶剂量加入量和交联剂加入量对吸水量的影响，并在聚天门冬氨酸单剂基础上研究了复配物加入量对聚天门冬胺酸吸水树脂的吸水倍率的影响，发现不同加入方式对产品性能有很大影响。

关键词： 聚天门冬氨酸；吸水树脂；吸水率

中图分类号：X

1. 引言

聚天门冬氨酸高吸水性树脂（PASP）是一种含有强亲水性基团，并具有良好生物可降解性的新型功能高分子材料。其应用范围十分广泛，除主要用于卫生保健用品如纸尿布、尿不湿外，在农林园艺、电缆、土木建筑、医疗和食品包装等方面也有广泛的应用[1,2]。

一般从高吸水性树脂的吸水性能及生物可降解性上，将其分为超强吸水性树脂和生物可降解性树脂[3]。有些超强吸水性树脂如交联聚丙烯酸，其吸水倍数高，但降解能力很差，对环境造成一定的污染；而生物可降解性树脂解决了这一问题，但有些树脂的吸水倍数不是很高，如交联聚环氧乙烷，交联聚乙烯醇等；而聚天门冬氨酸超强吸水性树脂具有了以上优点，即吸水倍数高且可生物降解性。而且它在人体中不显抗原性，代谢物无毒，对人类安全，是一种很有发展前景的绿色环保型高吸水性树脂。

本文以聚天门冬氨酸为原料，通过各种实验条件下途径合成具有很强吸水能力的树脂，考察其吸水能力，为该产品的进一步开发提供基础数据。

2. 实验材料与方法

2.1 实验材料

本实验室合成的聚琥珀酰亚胺（PSI），分子量为180 000。

2.2 实验方法

取1.000g PSI溶解28mL N，N－二甲基甲酰胺（DMF）中。加入8.0mL去离子水，置于40℃水浴恒温磁力搅拌器中搅拌0.5h，再加入0.072g交联剂己二胺，反应1h。反应结后，加入无水乙醇沉淀静置，除去上层清液，置于60℃鼓风干燥器中干燥。把干燥后的中间体粉碎，加入适量的无水乙醇/去离子水（等体积比），置于40℃水浴恒温磁力搅拌器中搅拌，并同时补充27%NaOH溶液进行水解反应，固体将逐渐溶解，并同时出现胶体。待固体全部

联系人：谭天伟. 第一作者：杨俊(1982－)，男，博士研究生

1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20030010004）。

Corresponding author: TanTianwei. Email: tantw@

Founding item: supported by the National Natural Science Foundation of China （20325622，20576013，50373003）

2.3 吸水率测定

取0.200g产品置于自制滤袋中，置于去离子水中，使其吸水膨胀。每隔一段时间将滤袋取出，悬挂15min，称重。计算公式如下：Q=（M2-M1）/M1。上式中M1是树脂质量（g），M2是吸水后树脂的质量（g），Q是吸水率（g/g）。

3. 实验结果与讨论

3.1 不同溶剂量的影响

取1.000gPSI分别溶解于28mL、32mL和36mLDMF溶液中，交联剂加入量为0.072g 。实验结果如下：

表1不同溶剂量对吸水率的影响

20 24 28 32 36 40

溶剂体积

(mL)

吸水率(g/g) 186 235 286 323 288 253

PSI在溶剂DMF中溶解，分散成单个的分子，在一定的交联剂条件下，溶剂量的不同将对产品的吸水性能产生很大影响。如果溶剂量较多，则单个分子之间将能充分展开，分子间距很大，因而形成的树脂网格孔洞较大，从而能容纳更多的水分子，因而吸水率较高。反之，分子之间没有充分的空间伸展，形成的树脂孔洞较小，得到的产品吸水率很小。但加入溶剂量过多，将导致树脂网孔过大，吸收大量水后，会发生树脂溶解的情况，因而吸水率将下降。

3.2 不同交联剂量的影响

取1.000gPSI，溶解于28mLDMF中，交联剂加入量分别为0.068g、0.072g和0.076g。实验结果如下:

表2 不同交联剂量对吸水率的影响

交联剂浓度

(g/L) 2.143 2.286 2.429 2.571 2.714 2.857

吸水率(g/g) 282 341 414 277 184 138

从上面结果可以看出，不同量交联剂对树脂的吸水率将有很大影响。交联剂量越多，使分子之间间隔越小，得到的树脂孔径越小，能够容纳的水分子也就越少，所以吸水率越小。反之，分子之间分隔较远，得到的树脂孔径较大，从而吸水率较高。

3.3 PSI与其它物质的复配实验

为了进一步考察产品的性能，并希望提高产品的吸水率，我们进行了单剂的复配实验。但考虑到绿色环保要求，我们要复配的物质主要集中在生物可降解方面。

取1.000gPSI,溶解于28mLDMF中，交联剂加入量为0.072g。分别加入0.200g、0.400g、

表3 不同复配物对吸水率的影响

复配物质量(g) 空白 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

方法Ⅰ

复配物种类吸水率(g/g)

红薯淀粉320 215 124 200 154 202

乙基纤维素201 334 154 152 114 181

卡拉胶128 272 130 200 280 264

方法Ⅱ

复配物种类吸水率(g/g)

红薯淀粉372 547 196 261 262 132

乙基纤维素299 376 266 331 318 180

卡拉胶400 241 123 129 118 105

从以上实验结果可以看出，加入方式Ⅰ以卡拉胶为复配物，产品吸水率均有不同程度的提高，其中以0.6g/gPSI的加入量最佳。但红薯淀粉以方法Ⅰ的方式加入反而导致吸水率的降低，具体原因有待进一步的考察。在加入方式Ⅱ情况下，复配以后的产品均有不同程度的提高，以红薯淀粉原料产品(0.2g/gPSI)的吸水率提高最为明显。

4. 结论

聚天门冬氨酸吸水树脂制备最佳条件为：溶剂量/PSI＝28mL/g, 交联剂/PSI＝0.072g/g。复配物的加入能够显著提高聚天门冬氨酸单剂的吸水率，其中采用方法Ⅱ加入红薯淀粉(0.2g/gPSI)制得产品吸水性能最佳。

参考文献

[1] 何叶丽. 高吸水性聚合物性能指标与测试方法[J]. 化工新型材料,1998，26（12）：22-24

[2] Masayuki Tomida, Takeshi Nakato, Shigeyuki Matsunami, Toyoji Kakuchi, 1997. Convenient synthesis of high molecular weight poly (succinimide) by acid-catalysed polycondensation of L-aspartic acid. Polymer. 38(18), 4733-4736.

[3] 入里义竑,玉谷弘明,助川诚，等. 交联聚天门冬氨酸树脂的生产方法[P]. 中国. 发明专利申请公开说明书98109413.9. 1999.