本發(fā)明屬于新型復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高吸水率的復(fù)合蛋白高分子水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是一種由親水高分子交聯(lián)構(gòu)成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子材料，能在水中吸收大量的水卻不在水中溶解，質(zhì)地柔軟且富有彈性。采取不同的制備技術(shù)，可得到塊狀、膜狀以及納米級的水凝膠。基于水凝膠的吸水性、保水性以及獨(dú)特的吸附性，因此我們致力于研發(fā)一種高吸水率的水凝膠來擴(kuò)大其應(yīng)用的領(lǐng)域。

大豆分離蛋白是一種來源豐富可降解、具有良好生物相容性的植物蛋白，其乳化作用有助于維持高分子材料的可塑性和彈性。大豆分離蛋白結(jié)構(gòu)中含有大量可反應(yīng)的氨基、羧基、羥基以及巰基等氨基酸殘基可以進(jìn)行非共價(jià)鍵交聯(lián)，或以戊二醛為交聯(lián)劑，均能實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)。聚丙烯酸作為一種特異性的水溶高分子，其主鏈含有大量的羧基，因此在不同pH環(huán)境中發(fā)生可逆的離子化－去離子化過程影響水凝膠的親水性和溶脹性，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境pH的響應(yīng)能力。過硫酸銨引發(fā)丙烯酸聚合，同時(shí)加入N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)聚丙烯酸，最終形成了大豆分離蛋白/聚丙烯酸復(fù)合水凝膠。所得產(chǎn)物透明，吸水率最高可達(dá)到170g/g，且保水效果良好。

本發(fā)明制備了一種基于植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠，簡化了實(shí)驗(yàn)步驟的同時(shí)還通過不同的原料配比大大提高了水凝膠的吸水率以及保水率，使其在環(huán)境保水、污水處理、分離與吸附等領(lǐng)域具有更為突出的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明一種基于植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的制備方法簡單，可操作性強(qiáng)。產(chǎn)品以植物蛋白和合成高分子為原料，形成的水凝膠具有良好的生物相容性以及吸水、保水效果，可作為組織工程材料、保水劑材料等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種以植物蛋白和合成高分子為原料制備高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的制備方法。

(一) 植物蛋白高復(fù)合高分子水凝膠的制備

本發(fā)明以生物相容性較好且具有良好降解性的大豆分離蛋白為原料，以丙烯酸為單體通過乳液聚合的方式制備了植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠，具體制備方法如下。

A. 大豆分離蛋白水相溶液的配制。將大豆分離蛋白溶解于8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。其中?g大豆分離蛋白（SPI）溶解于80mL尿素溶液中，配制成25%的SPI尿素溶液。

B. 乳化。將A步驟得到的大豆分離蛋白溶液中加入丙烯酸、引發(fā)劑以及交聯(lián)劑，攪拌。其中，大豆分離蛋白與丙烯酸（AA）的質(zhì)量配比為1:4~1:12；引發(fā)劑是過硫酸銨（APS），用量為0.05g；交聯(lián)劑是N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)和25%戊二醛（GA）， N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺用量為0.01~0.05g，25%戊二醛用量為0~0.1mL；N＇-亞甲基雙丙烯酰胺和引發(fā)劑過硫酸銨溶于1mL蒸餾水，并用注射器注入反應(yīng)器。

C. 凝膠化。將B步驟所得溶液加熱至60℃，靜置1 h，使體系凝膠化而失去流動(dòng)性。

D. 純化與脫水。C步驟制得的塊狀水凝膠浸泡于蒸餾水中，去除未反應(yīng)的單體以及其他小分子。然后浸泡于無水乙醇中脫水，即可得到純凈透明的水凝膠。其中，塊狀水凝膠浸泡于50mL蒸餾水中，去除未反應(yīng)的單體以及其他小分子，每個(gè)24小時(shí)更換蒸餾水1次，如此操作7~8次；浸泡于30mL無水乙醇中脫水，每個(gè)4小時(shí)更換無水乙醇1次，如此操作10~12次。

E．干燥。D步驟制純凈透明的水凝膠真空干燥, 形成堅(jiān)硬的塊狀物。真空干燥溫度20~50℃。

(二) 植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的形貌表征

通過掃描電鏡的手段來對制備出的植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行分析。圖1是植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的掃描電鏡圖。結(jié)果顯示，水凝膠的整體結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，具有大部分的網(wǎng)絡(luò)孔狀結(jié)構(gòu)，而且表面粗糙、比表面積大，孔直徑在100nm~300nm之間。這些特點(diǎn)都說明水分子易于進(jìn)入該水凝膠的內(nèi)部，因此其吸水率較大，在環(huán)境保水、污水處理、分離與吸附等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1.大豆分離蛋白/聚丙烯酸復(fù)合高分子水凝膠掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明一種基于植物蛋白高吸水率復(fù)合高分子水凝膠的制備方法進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

【實(shí)施例1】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入1.0mL AA、0.05g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻， 60℃靜止1 h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)45g/g。

【實(shí)施例2】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入1.5mL AA、0.05g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻， 60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)142g/g。

【實(shí)施例3】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入2.0mL AA、0.05g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻， 60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)144g/g。

【實(shí)施例4】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙狻Ｈ?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入2.5mL AA、0.05g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻， 60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)125g/g。

【實(shí)施例5】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入3.0mL AA、0.05g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻，60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)60g/g。

【實(shí)施例6】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙狻Ｈ?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶。用注射器分別注入2.0mL AA、0.05g BIS、0.05g APS攪拌均勻，同時(shí)升溫至60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒。吸水率達(dá)130g/g。

【實(shí)施例7】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中。用注射器分別注入2.0mL AA、0.01g BIS、0.05g APS、0.1mL GA攪拌均勻， 60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)170g/g。

【實(shí)施例8】

1 g大豆分離蛋白溶解于80mL 8mol/L尿素溶液中，室溫?cái)嚢柚镣耆芙狻Ｈ?0 mL大豆分離蛋白溶液于50 mL三口瓶中未加氮?dú)獗Ｗo(hù)。用注射器分別注入2.0mL AA、0.01g BIS、0.05g APS攪拌均勻， 60℃靜止1h，得SPI/PAA水凝膠。將制得的SPI/PAA水凝膠進(jìn)行純化與脫水，即得純凈透明的SPI/PAA水凝膠。經(jīng)真空干燥后形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，吸水率達(dá)160g/g。