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第 3 期                   祁晓华，等: γ-聚谷氨酸/凹凸棒石复合高吸水树脂的制备及性能                                  ·415·


            吸收自身重量数百倍乃至数千倍的水分，同时具有                             对较差。γ-PGA 与 ATP 复合制备高吸水性树脂鲜见
            较好的保水性能，因此，高吸水树脂已应用于农林                             报道。基于前期对有机/无机复合高吸水性树脂的研
            园艺、医用卫生、石油与化学化工、日用品、环保、                            究基础   [16] ，本文选择 γ-PGA 和 ATP 为主要原料，期
            建材、食品等领域         [1-4] 。目前，丙烯酸系高吸水性树               望以较低的成本制备出对环境友好的有机/无机复
            脂因其较高的吸水率和简单的合成工艺成为高吸水                             合高吸水树脂。考虑到在实际应用中环境的 pH、离
            树脂市场上的主导产品。但是，丙烯酸类高吸水树                             子类型以及离子的质量分数都将影响高吸水树脂的
            脂在使用中存在着两方面的问题：（1）在环境中难                            吸水能力，因此，考察了 γ-PGA/ATP 高吸水树脂在
            以降解，会对生态环境造成污染；（2）其主要以石                            各种环境中的溶胀行为，并对吸水树脂结构、保水
            油资源为基础，随着石油的逐渐枯竭，其生产成本将                            能力和重复吸水能力进行了考察。为其在农林、医
                      [5]
            会逐渐增加 。因此，开发可生物降解的低成本高吸                            疗和卫生等领域的应用提供了理论和实验依据。
            水性树脂成为目前此领域研究的热点。
                 天然高分子及其衍生物一般具有可再生、可生                          1   实验部分
            物降解和无毒等优点，将其作为添加组分制备环境
                                                               1.1    试剂与仪器
            友好型高吸水树脂成为解决吸水树脂降解问题的一
                                                                   ATP〔主要组成为 w(SiO 2)=63.83%、w(Al 2O 3)=
            个思路。目前，淀粉、纤维素、壳聚糖和海藻酸等
                                                               9.35%、w(Na 2 O)=2.28%、w(MgO)=16.89%、w(CaO)=
            已被应用于高吸水树脂的制备中，并且展示出了优                             1.70%、w(K 2O)=0.60%和 w(Fe 2O 3)=4.35%〕，江苏玖
            良的性能     [6-9] 。γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是谷氨酸单体                川纳米材料科技有限公司；γ-PGA，化妆品级，山东
            以 γ-羧基与氨基相缩合得到的一种聚氨基酸                   [10] 。γ-
                                                               福瑞达生物科技有限公司；聚乙二醇二缩水甘油醚，
            PGA 主链上存在大量游离羧基，使其具有水溶性聚
                                                               AR，西格玛奥德里奇贸易有限公司；HCl（质量分
            羧酸的性质。受环境中酶的作用，γ-PGA 主链上的
                                                               数为 38%）、NaOH、NaCl，AR，重庆川东化工有
            大量肽键可以降解成无毒的短肽小分子和谷氨酸单
                                                               限公司；无水乙醇（CP）、ZnCl 2 、Na 2 SO 3 ，AR，成
            体。基于其独特的结构与性能，γ-PGA 可以用来制
            备可生物降解的高吸水树脂。Kunioka               [11] 等利用 γ-     都市科龙化工试剂厂。
            射线交联制备了 γ-PGA 凝胶。张新民              [12] 等以乙二醇           Nicolet  6700 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
                                                               Thermo Scientific 公司；Hitachi S-4800 扫描电子显
            缩水甘油醚为交联剂，制备了溶胀度达 1600  g/g 的
            PGA 高吸水树脂。Murakami       [13] 等制备了用多糖交联            微镜，日本 Hitachi 公司。
            的 γ-PGA 凝胶。Hua     [14] 等通过碳二亚胺中介聚合交               1.2    γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂的制备
                                                                   准确称取 6.0 g γ-PGA 溶于 36.86 mL 蒸馏水中，
            联技术制备了一种生物相容性良好、可降解的 pH
            敏感型 γ-PGA/ε-聚赖氨酸水凝胶。                               配成 γ-PGA 质量分数为 14%的水溶液，搅拌 20 min。
                 在高吸水树脂中引入具有特殊功能的无机材                           然后将溶液倒入 100 mL 三口瓶中，向其中加入 0.36
            料，制备有机/无机复合高吸水性树脂也是研究热点                            g ATP，继续搅拌 20 min。向上述体系中加入 1.43 mL
            之一。目前，高岭土、硅藻土、海泡石和凹凸棒石                             交联剂聚乙二醇二缩水甘油醚，继续搅拌 10 min 后，
            （ATP）等黏土作为添加组分之一，已被用于高吸                            升温至 60 ℃反应 6 h。待反应结束后，将产物取出，
            水树脂的制备       [15-20] 。ATP 是一种具有链层结构的镁              用无水乙醇洗涤 3 次，剪碎，于 60 ℃烘箱中干燥
            铝硅酸盐矿物，其晶体呈纤维状，表面存在大量的                             40  h。接着进行粉碎，过筛，得到复合高吸水树脂
            亲水性硅羟基，且内部存在较大比表面积的孔道和                             γ-PGA/ATP，取 60~100 目样品密封，待用。
            金属阳离子。王爱勤等人在这一方面做了大量的研                             1.3    吸水树脂的性能测试及结构表征
            究工作，发现 ATP 的加入能够改善复合材料的凝胶                          1.3.1    平衡溶胀度的测定
            强度，降低产品的成本           [18] ，而且 ATP 的加入不会对               准确称取一定量的高吸水树脂样品置于茶袋
            环境造成污染。                                            内，然后将茶袋置于蒸馏水中。充分吸水后取出茶
                 目前，利用 γ-PGA 制备高吸水树脂的研究主要                      袋悬挂 5 min，滤去剩余的蒸馏水和可溶物质。接着，
            集中在如何通过适宜的交联方式来获得性能优异的                             称量高吸水树脂的质量。吸水树脂在蒸馏水中的平
            γ-PGA 凝胶方面，而利用无机材料来改善凝胶性能                          衡溶胀度按式（1）计算:
            和降低生产成本的相关报道较少。此外，利用 ATP                                          Q   (  M 0  )M   /  M     （1）
                                                                                            0
            作为无机材料制备高吸水树脂的报道中，关注的重                             式中：M 为树脂吸水后凝胶的质量，g；M 0 为干树
            点集中在吸水性能的提高，一般引入丙烯酸及其衍                             脂的质量，g；Q 为高吸水树脂在蒸馏水中的平衡溶
            生物作为原料之一，使得高吸水树脂的降解性能相                             胀度，g/g。
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