專利名稱：采用植物秸稈制備復合保水劑的方法
技術領域：
本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種高吸水性樹脂材料的制備，有其涉及 一種采用植物秸稈制備復合保水劑的方法。
背景技術：
保水劑又稱高吸水性樹脂(Superabsorbent Polymer,簡稱SAP)，是一種含有親水 基團并具有三維空間網絡結構的強親水性高聚物，它既不溶于水也不溶于有機溶劑，對生 物組織無刺激作用，且具有可重復使用等優良性能，是一種新型功能的高分子材料。與傳 統的吸水材料相比，高吸水性樹脂具有很強的吸水性，能夠吸收自身重量的幾十至幾千倍 的水分，即便在加壓的條件下，也不易失水或者失水很少，可以緩慢釋放水分供植物吸收利 用。由于高吸水性樹脂吸水量大、吸水速度快、保水能力強，對光和熱的穩定性、能和其他高 分子材料共混等特點，因此廣泛用途于農業、林業、土木建筑、食品加工、石油化工及醫療衛 生等多個領域。目前，文獻報道的保水劑研究主要集中在淀粉領域，主要為淀粉和聚丙烯酸/聚 丙烯酰胺的原位聚合產物。由于淀粉價格低廉、生物降解性能好，所以具有較好的市場前 景。淀粉保水劑一般具有較高的吸水率(一般是自重的800 1000倍左右)，但是其凝膠 強度差、耐鹽堿性差，實際使用的過程中壽命較短。另外，使用淀粉來制備保水劑要消耗大 量的淀粉，對糧食安全造成一定的影響。秸稈是成熟植物莖葉(穗)部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉 花、甘蔗和其它植物在收獲籽實后的剩余部分。植物光合作用的產物有一半以上存在于秸 稈中，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質等，是一種具有多用途的可再生的生物資源，特點 是粗纖維含量高(30% 40%)，具有一定的生物可降解性能。植物秸稈在農村主要處理方 式為焚燒，這樣不僅污染了環境，也是對資源的一種極大浪費。因此，采用植物秸稈和丙烯 酰胺等接枝共聚制備復合保水材料，是降低SAP成本、提高SAP性能的一種有效手段。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術中存在的缺陷，提供一種采用植物秸稈制備復 合保水劑的方法。本發明采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，依次包括以下工藝步驟(1)將植物秸稈與水以1 5 1 30的質量比混合后，加熱至45 95°C，攪拌 15 30mino所述植物秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、大豆秸稈、高粱秸稈、向日葵秸稈、花生秸 稈、稻谷秸稈、棉花秸稈、草類秸稈。也可以是樹木根莖、樹葉、作物枝葉，還可以是稻殼或花生殼。(2)冷卻30 75°C，加入植物秸稈質量0. 1 2%的引發劑，攪拌10 30min。所述弓I發劑為過氧化氫、過硫酸銨_亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、過氧化氫_硫酸亞鐵、過硫酸銨或過硫酸鉀_硫酸亞鐵。(3)加入植物秸稈質量1 15倍的丙烯酰胺、植物秸稈質量20 70%粘土和植 物秸稈質量0. 2 6 %的交聯劑，攪拌2 6h。所述粘土為坡縷石粘土、水滑石、黃土或蛭石。所述交聯劑為甲醛或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。(4)加入植物秸稈質量0. 1 1.0倍、濃度0.5 lmol/L的鹽酸溶液，升溫至45 950C，皂化反應0. 5 2h ；產物用甲醇水溶液洗滌至pH = 5 7。(5)將產物放入烘箱中，于35 70°C下干燥直至恒重，研磨粉碎，過40 80目篩， 密封包裝。本發明制備的高效保水劑性能測試1、吸水性能將保水劑放置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的800 1000倍。2、保水性能將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下(25°C )60d，其保水率仍 然可達自重的500 800倍。3、降解性能采用土埋法測試降解性能。將戶外的土壤盛于燒杯中并放于室內， 加相同量的水使土壤潮濕。分別取30個樣品，并置于烘箱中烘至恒重，用電子天平稱重并 用100目篩包裝后，埋入上述土壤中，每天加水10ml，每隔一個月取出試樣，放入烘箱烘至 恒重。然后用電子天平稱重并記錄。最后，計算各試樣的失重率，以此來衡量材料的生物降 解程度。結果該保水劑在3年以內可完全降解。4、凝膠強度可達2. 2MPa以上。5、耐鹽堿性放置于0. 9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的300 500倍左右，相 比之下，其耐鹽性較好。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明采用來源廣泛，價格低廉的可生物降解的秸稈與丙烯酰胺、粘土接枝共 聚得到復合保水劑，有效降低了保水劑的成本，為作物的秸稈的應用尋求了一個新的途徑； 同時解決了淀粉保水劑對糧食造成的巨大浪費的問題。2、本發明制備的復合保水劑具有良好的綜合性能具有良好的吸水性能、保水性 能和生物完全降解性能，同時還具有較高的凝膠強度和耐鹽堿性，進一步提高了保水劑的 儲存穩定性、使用性能和使用壽命。3、本發明的制備方法簡單，操作方便，環保無污染。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明做進一步的說明。實施例一(1)將3g玉米秸稈溶于50mL蒸餾水中，在95°C下，加熱攪拌30min ；(2)調溫至65°C，加入0. Olg過硫酸鉀作為引發劑，攪拌30min ；(3)加入4g的丙烯酰胺、Ig坡縷石粘土和0. Ig甲醛，攪拌2h ；(4)加入30mL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至95°C，皂化2h ；產物用甲醇水溶液洗滌 至 PH = 7 ；
4
(5)產物放入烘箱中，于70°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保存。保水劑的性能置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的900倍左右；放置于 0. 9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的500倍；將吸水飽和后的保水劑放置在空氣中，室溫 下(25°C ) 60d，其保水率仍然可達自重的750倍。降解周期在1年左右。凝膠強度為2. 4MPa。實施例二(1)將4g大豆秸稈溶于60mL蒸餾水中，在60°C下，加熱攪拌15min ；(2)調溫至40°C，加入0. 012g過硫酸鉀-硫酸亞鐵作為引發劑，攪拌20min ；(3)加入12g的丙烯酰胺、2. 6g水滑石和0. 08g甲醛，攪拌Ih ；(4)加入30mL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至60°C，皂化30min ；產物用甲醇水溶液 洗滌至pH = 6 ；(5)產物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保存。保水劑的性能置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的800倍左右，放置于 0. 9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的450倍；將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下 (25°C)60d，其保水率仍然可達自重的700倍。降解周期在1年左右。凝膠強度為2.2MPa。實施例三(1)將Ig花生殼秸稈溶于SmL蒸餾水中，在50°C下，加熱攪拌20min ；(2)調溫至40°C，加入0. 016g過硫酸銨-亞硫酸氫鈉作為引發劑，攪拌30min ；(3)加入IOg的丙烯酰胺、0. 6g蒙脫土和0. 006gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌2h ；(4)加入30mL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至65°C，皂化Ih ；產物用甲醇水溶液洗滌 至 pH = 5 ；(5)產物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保存。保水劑的性能置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的850倍左右，放置于
0.9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的480倍；將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下 (250C )60d，其保水率仍然可達自重的750倍；降解周期在1年左右。凝膠強度為2. 26MPa。實施例四(1)將1. 5g稻谷秸稈溶于12mL蒸餾水中，在45°C下，加熱攪拌30min ；(2)調溫至45°C，加入0. Olg過硫酸鉀作為引發劑，攪拌IOmin ；(3)加入6g的丙烯酰胺、0.3g坡縷石粘土和O.Olg N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌
1.5h ；(4)加入15mL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至65°C，皂化2h ；產物用甲醇水溶液洗滌 至 PH = 7 ；(5)產物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保 存保水劑的性能置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的830倍左右，放置于 0. 9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的360倍；將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下 (25°C)60d，其保水率仍然可達自重的700倍。降解周期在1年左右。凝膠強度為2. 45MPa。
實施例五(1)將0. 7g草類秸稈溶于IOmL蒸餾水中，在65°C下，加熱攪拌20min ；(2)調溫至35°C，加入0. Olg過氧化氫-硫酸亞鐵作為引發劑，攪拌15min ；(3)加入5g的丙烯酰胺、0. 3g黃土和0. 0015g甲醛，攪拌2h ；(4)加入IOmL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至75°C，皂化2h ；產物用甲醇水溶液洗滌 至 PH = 7 ；(5)產物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保存。保水劑的性能置于自來水中24h，其吸水倍率在自重的880倍左右，放置于 0. 9%鹽水溶液，其吸水率可達自重的360倍；將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下 (25°C)60d，其保水率仍然可達自重的780倍。降解周期在1年左右。凝膠強度為2. 4MPa。實施例六(1)將2g向日葵秸稈溶于40mL蒸餾水中，在55°C下，加熱攪拌30min ；(2)調溫至40°C，加入0. OlSg過硫酸銨作為引發劑，攪拌15min ；(3)加入4g的丙烯酰胺、0.6g坡縷石粘土和0.02g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌 2h ；(4)加入25mL lmol/L的鹽酸溶液，升溫至70°C，皂化2h ；產物用甲醇水溶液洗滌 至 PH = 7 ；(5)產物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，過40目篩，密封干燥保 存保水劑的性能置于自來水中24h，吸水倍率在自重的840倍左右，放置于0. 9% 鹽水溶液，其吸水率可達自重的480倍；將吸水飽和后的樹脂放置在空氣中，室溫下 (25°C)60d，其保水率仍然可達自重的760倍。降解周期在1年左右。凝膠強度為2. 3MPa。
權利要求
采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，依次包括以下工藝步驟(1)將植物秸稈與水以1∶5～1∶30的質量比混合后，加熱至45～95℃，攪拌15～30min；(2)冷卻30～75℃，加入植物秸稈質量0.1～2％的引發劑，攪拌10～30min；(3)加入植物秸稈質量1～15倍的丙烯酰胺、植物秸稈質量20～70％粘土和植物秸稈質量0.2～6％的交聯劑，攪拌2～6h；(4)加入植物秸稈質量0.1～1.0倍、濃度0.5～1mol/L的鹽酸溶液，升溫至45～95℃，皂化反應0.5～2h；產物用甲醇水溶液洗滌至pH＝5～7；(5)將洗滌后產物放入烘箱中，于35～70℃下干燥直至恒重，研磨粉碎，過40～80目篩，密封包裝。
2.如權利要求1所述采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，其特征在于所述植物秸 稈為樹木根莖、樹葉、農作物枝葉、玉米秸稈、小麥秸稈、大豆秸稈、高粱秸稈、向日葵秸稈、 花生秸稈、稻谷秸稈、棉花秸稈、草類秸稈、稻殼或花生殼秸稈。
3.如權利要求1所述采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，其特征在于所述引發劑 為過氧化氫、過硫酸銨_亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀、過氧化氫_硫酸亞鐵、過硫酸銨、過硫酸 鉀-硫酸亞鐵。
4.如權利要求1所述采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，其特征在于所述粘土為 坡縷石粘土、水滑石、黃土或蛭石。
5.如權利要求1所述采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，其特征在于所述交聯劑 為甲醛或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。
全文摘要
本發明提供了一種采用植物秸稈制備復合保水劑的方法，屬于高分子材料技術領域。本發明以來源廣泛、價格低廉的可生物降解植物秸稈為原料，與丙烯酰胺、粘土等接枝共聚，得到具有良好綜合性能的復合保水劑，從而有效降低了保水劑的成本，也為植物秸稈的應用尋求了一個新的途徑。同時由于復合保水劑還具有較高的凝膠強度和耐鹽堿性，進一步提高了保水劑的使用性能和使用壽命。
文檔編號C08L51/00GK101914256SQ20101024801
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者常迎, 張哲 , 武戰翠, 王忠超, 王榮方, 許劍, 雷自強 申請人:西北師范大學