[发明专利]一种制备甲壳素基超吸水材料的方法、凝胶及其应用

说明书

本发明提供了一种制备甲壳素基超吸水材料的方法、凝胶及其应用，该超吸水材料包含被一种环氧交联剂交联的甲壳素，以及连接在交联甲壳素上的胍。该制备方法包括将甲壳素溶解在水溶剂中形成溶液；溶解的甲壳素与一种环氧交联剂、胍或者其盐交联，从而形成水凝胶；水凝胶的干燥。该超吸水材料能够吸收酸溶液发生高度膨胀。

技术领域

本发明涉及超吸水材料的合成领域，具体涉及一种制备甲壳素基超吸水材料的方法、凝胶及其应用。

背景技术

甲壳素是一种天然形成的聚合物。比如，从鱿鱼顶骨中提取的β-甲壳素已被证实具有生物相容性、生物安全性以及生物可降解性，在药、妆、食品、农业和生物材料领域具有极大的发展前景。作为自然界中含量及其丰富且具有上述多种优良特性的天然聚合物，甲壳素及其衍生物在许多应用领域中是最优选的初始材料。然而，甲壳素是一种接近电中性的聚合物，将其作为超吸水材料时，其溶胀率普遍低于合成聚合物，比如聚丙烯酸钠。同时，甲壳素分子的高链刚性进一步阻止了其在水中的溶胀行为，很难与聚丙烯酰胺相比。

甲壳素材料的溶胀能力或许可以通过对甲壳素分子进行化学修饰来提升，比如羧化，羧甲基化，磺化，黄原酸化，磷化，羟基化，羟乙基化，硝化，以及被其他用作超吸水材料的合成聚合物化学修饰。这些方法引入了可被离子化的化学基团，以及减少甲壳素分子间的氢键相互作用降低了分子链刚性，或许能够提高甲壳素分子的渗透压。此外，交联剂的使用或许能够进一步增加其溶胀能力。然而，这些化学修饰方法为甲壳素分子提供了高负电荷密度，从而使高溶胀仅能发生在水或者碱性溶液中，但在酸溶液中会收缩。

壳聚糖使甲壳素的脱乙酰产物。甲壳素C-2位上乙酰基团的脱去形成了一个亲质子的氨基官能团，并使壳聚糖能够在酸溶液中溶解。制备壳聚糖基超吸水材料的普遍做法是，将丙烯酰胺和丙烯酸类单体通过化学接枝连接到壳聚糖C-6位的羟基上，然后通过进一步的聚合制备壳聚糖-聚丙烯酰胺和壳聚糖-聚丙烯酸盐复合水凝胶。但这种方法在壳聚糖分子上提供了过量的负电荷，致使其在酸溶液中收缩。因为环氧类交联剂在酸溶液中的反应性很低，而壳聚糖在碱溶液中的溶解度很低，所以利用醛类交联剂制备壳聚糖水凝胶也具有挑战性。

因此，目前需要一种甲壳素基聚合物，能够作为在酸溶液中有效溶胀的超吸水材料。

另外，目前针对肥胖治疗的领域，利用水凝胶作为胃内球囊是一种十分良好的选择。以天然高分子为底物的水凝胶更是大大提高了水凝胶的安全性。甲壳素是一种主要源于海洋生物的多糖食品，具有良好的生物相容性、无生物毒性、促伤口修复等众多优良特点，其衍生物壳聚糖和降解产物N-乙酰-D-葡萄糖胺均具有抑制肥胖、改善糖尿病的功能。高分子量、高乙酰度的甲壳素不能被身体利用，将其制备成为具备高吸水率的水凝胶可以有效占据胃部空间，提供饱腹感减少进食量。将甲壳素转变为水凝胶需要将其溶解，并利用环氧类物质进行化学交联，从而制备出具有高吸水能力的水凝胶。

然而一般的甲壳素水凝胶在酸环境中不具备良好的吸水率，原因是聚合物大分子受氢离子的影响产生电离屏蔽，致使聚合物网络无法有效伸展而丧失吸水能力。

中国发明专利CN101857684A公开了一种利用环氧类交联剂制备甲壳素水凝胶的方法，其中环氧类交联剂包括环氧氯丙烷及其他类似的试剂。然而，通过化学修饰将胍官能团合并到甲壳素的聚合物结构上，目前还没有报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种制备甲壳素基超吸水材料的方法、凝胶及其应用，通过在甲壳素的交联过程中加入胍成分，胍与环氧类交联剂和甲壳素三者之间发生无规聚合从而形成水凝胶。胍基的引入有效地使聚合物大分子在酸性环境下发生质子化而非电离屏蔽，从而能够吸收酸溶液发生高度膨胀。

本发明的目的通过如下的技术方案实现：

一种制备甲壳素基超吸水材料的方法，包括将甲壳素溶解在水溶剂中形成溶液；溶解的甲壳素与一种环氧交联剂、胍无机盐或者含有胍端基的有机物交联，从而形成水凝胶；水凝胶的干燥。