[發(fā)明專利]一種高分子水凝膠及其制備方法、應用

在審

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• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115716924A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 陳春;靳婷;韋革宏;王攀;焦碩;王靈敏;陳銀元;馬瑞雪
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L1/28;C08L5/08;C09K17/32;C09K105/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 崔瑞迎

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)物種植技術(shù)領域，具體涉及一種高分子水凝膠及其制備方法、應用。所述高分子水凝膠的制備方法，包括以下步驟：以羧甲基纖維素和殼聚糖為原料，在交聯(lián)劑的作用下制備得到球狀水凝膠，所述交聯(lián)劑為延胡索酸。本發(fā)明制備的高分子水凝膠不僅生物相容性強并且對環(huán)境無污染，具有反應條件溫和、操作可行性強、材料成本低等特點，得到的水凝膠產(chǎn)品綠色無污染且吸水效果好，在農(nóng)業(yè)方面有著廣泛的應用前景。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)物種植技術(shù)領域，具體涉及一種高分子水凝膠及其制備方法、應用。

背景技術(shù)

近年來，隨著氣候急劇變化，干旱在全球范圍內(nèi)的發(fā)生頻率逐年增加。除此之外，隨著世界人口的持續(xù)增長、農(nóng)業(yè)用水量的逐年增加以及可利用淡水量的降低，進一步加劇了干旱對農(nóng)作物生產(chǎn)的影響。干旱已然成為了限制中國干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展的阻礙之一。作為該地區(qū)的主要糧食作物，玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)正在遭受干旱所帶來的嚴重危害。因此，研究如何緩解干旱對玉米生長造成的不良影響已然成為研究重點之一。

水凝膠(SAH)是近年來新興的一種高分子材料，它的使用被認為是一種有效節(jié)水灌溉策略，廣泛應用于干旱和半干旱地區(qū)。水凝膠是交聯(lián)的三維(3D)聚合物網(wǎng)絡，由于各種親水基團，如羧基、氨基、羥基連接到它們的聚合物主鏈上，可以吸收和保留大量的水和溶質(zhì)分子處于溶脹狀態(tài)。親水聚合物可以增加土壤的持水能力，降低水分脅迫條件。在降雨/灌溉期間，SAH吸收并保留了大量的水，并充當了額外的孔隙水庫。隨著干旱期土壤的干燥，SAH吸收的水分被釋放到土壤中，植物的根可以吸收這些水分。SAH保留了排水，因此減少了灌溉頻率，從而在干旱期間節(jié)約了用水。

然而，目前現(xiàn)有水凝膠是基于丙烯酸或聚丙烯酰胺的單體或聚合物，它們是從石油中提取的，很難在土壤中降解。此外，在某些情況下，它們的降解產(chǎn)物可能具有生物毒性，因此研究一種環(huán)境友好型水凝膠成為研究者日趨關注的焦點之一。羧甲基纖維素(CMC)是一種纖維素衍生物，具有水溶性好，吸濕性強，無毒且抗鹽性強的特點，以CMC為原料合成的水凝膠具有含水量高、生物降解性好、無毒性等特性，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學領域。殼聚糖(CSN)資源豐富，制法簡單，價格低廉，又因其具有良好的化學物理性質(zhì)能和多種物質(zhì)結(jié)合，可用于許多領域。因此，如何將這兩種多糖為原料制備綠色可降解水凝膠，并在風沙土壤中緩解干旱方面具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種高分子水凝膠及其制備方法、應用，制備的高分子水凝膠不僅生物相容性強并且對環(huán)境無污染，具有反應條件溫和、操作可行性強、材料成本低等特點，得到的水凝膠產(chǎn)品綠色無污染且吸水效果好，在農(nóng)業(yè)方面有著廣泛的應用前景。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的。

本申請的第一個目的是提供一種高分子水凝膠的制備方法，包括以下步驟：以羧甲基纖維素和殼聚糖為原料，在交聯(lián)劑的作用下制備得到球狀水凝膠，所述交聯(lián)劑為延胡索酸。

優(yōu)選的，包括如下步驟：

S1、將延胡索酸溶于水中，加熱攪拌至完全溶解得到延胡索酸溶液；

S2、將甲基纖維素溶液與S1得到的延胡索酸溶液混合，得到混合液，在加熱攪拌條件下將混合液滴入殼聚糖乙酸溶液中，滴加結(jié)束后，過濾、清洗和干燥得到高分子球狀水凝膠。

優(yōu)選的，S1中，所述延胡索酸溶液的濃度為0.6％，加熱的溫度為35～55℃，攪拌的轉(zhuǎn)速為200～400rpm。

優(yōu)選的，S2中，所述甲基纖維素溶液為甲基纖維素水溶液，甲基纖維素水溶液的濃度為1％。

優(yōu)選的，S2中，所述殼聚糖溶液為殼聚糖乙酸溶液，所述殼聚糖乙酸溶液的濃度為1～3％。

優(yōu)選的，S2中，所述甲基纖維素溶液、延胡索酸和殼聚糖乙酸溶液的體積比為1:1:1。