專利名稱：以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料合成高含鉀量高吸水樹脂的工藝配方的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以馬鈴薯淀粉磷酸酯、丙烯酸、氫氧化鉀為主要原料合成高含鉀 量高吸水樹脂的工藝配方。這種具有大量吸收或束縛水的高吸水樹脂在農業、生理衛生等 方面都有廣泛的用途，尤其是在農業領域，如抗旱保苗、增產增收、土壤改良、苗木移栽等方 面具有良好的應用前景，本發明的產品富含植物生長必需的鉀元素，因此應用前景更為廣 闊。
背景技術：
水資源對于工業、農業和國民經濟各個領域的發展具有十分重要的作用。近年來， 水資源問題已成為共同關注的全球性問題。我國水資源嚴重匱乏，人均占有量僅為世界平 均水平的1/4，在全世界名列121位，被列為全世界十三個貧水國家之一，干旱、半干旱地區 約占國土面積的51 %，水土流失嚴重，隨著國民經濟的迅速發展和人民生活水平的極大提 高，工農業和生活用水的急劇增長，水資源已成為嚴重制約我國國民經濟可持續發展的瓶 頸，因此，水資源的合理高效利用引起越來越多的關注，而高吸水樹脂在此領域可發揮重要 作用。高吸水樹脂是一種高分子量、低交聯度、不溶于水的新型功能高分子材料。它具有吸 收自身質量數百倍甚至上千倍水的能力，且吸水速度快，保水性能好，其應用涉及荒漠化防 治、生理衛生、食品保鮮、農林園藝、醫藥醫療等眾多領域，逐漸成為國民經濟和人們日常生 活中不可缺少的功能材料。根據原料不同，高吸水性樹脂主要分為合成、纖維素和淀粉三大系列。由于淀粉廣 泛存在于生物界，原料來源廣泛，種類多，產量豐富。因此研究和開發淀粉類高吸水性樹脂 具有重要意義。目前國內研究淀粉類高吸水性樹脂的專利和文獻報道層出不窮，產物的吸水和保 水性能也十分優異，但從工業化生產和實際應用的角度看，仍存在許多問題。如吸水后的凝 膠強度低，尤其是在光照或加熱情況下，容易出現凝膠溶解現象、吸水后的凝膠由于淀粉骨 架的存在導致凝膠易發生霉變，從而失去保水能力等。本發明的目的是針對以上問題，從改 變聚合物中淀粉的特性入手，以馬鈴薯淀粉磷酸酯與丙烯酸及其鉀鹽接枝聚合合成了一種 新型高吸水樹脂，其吸水能力大、凝膠強度高、保水性能好并且富含鉀元素。在一定程度上 克服了淀粉系高吸水樹脂存在的以上問題。
發明內容
本發明的目的就是提供一種以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料的高含鉀量的高吸水 樹脂的工藝配方，這種高吸水樹脂以馬鈴薯淀粉磷酸酯、丙烯酸、過硫酸鉀、氫氧化鉀、N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺為主要原料，經合理配比，通過一定的生產工藝過程而制得。本發明要解決的技術問題是由如下方案實現的一種以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原 料的高含鉀量的高吸水樹脂的工藝配方，其特征是在冰水浴冷卻下，用氫氧化鉀溶液與除去阻聚劑的丙烯酸進行中和反應，其中馬鈴薯淀粉磷酸酯與丙烯酸、氫氧化鉀的質量比 是1 10-14 2. 7-6.0，將中和后的丙烯酸及其鉀鹽、馬鈴薯淀粉磷酸酯與去離子水混 合，其中馬鈴薯淀粉磷酸酯與去離子水質量比是1 20-30，加入馬鈴薯淀粉磷酸酯質量 1.5%-2. 6%的過硫酸鉀做引發劑、0. 17%-0.35%的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺做交聯 齊U，攪拌一定時間，使混合物在攪拌下混合均勻，然后在氮氣保護下，水浴加熱并攪拌，達到 一定溫度時停止攪拌，在沸水浴中保溫反應1-2小時，然后停止通氮氣，將產品取出，剪切 成小塊，在40°C -60°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料的高含 鉀量的高吸水樹脂。 本發明的優點是1、該產品的性能很好，最高吸去離子水量在1400_1500g/g倍， 吸自來水量在300-400倍，吸生理鹽水量在60-70倍，吸人工尿量在35-45倍。2、該產品以 馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料，由于馬鈴薯淀粉磷酸酯具有可在冷水中溶脹的特點，使其不需 糊化即可與水混合均勻，與直接使用淀粉為原料的工藝相比省去了糊化的步驟。3、生產該 產品的原料是馬鈴薯淀粉，它是我國產量非常大的農產品，該產品的推廣會給我國馬鈴薯 的深加工拓展出一條新的道路，從而使農民增加收入。4、該產品中富含植物生長所必需的 鉀元素，用于抗旱保苗是一舉兩得的產品。5、本發明的高吸水樹脂吸水后凝膠強度高，在 80°C下仍具有較好的凝膠狀態。6、本發明中的原料配比、引發劑用量、交聯劑用量、丙烯酸 的中和度與其他產品的工藝均有顯著的不同，具體如下(1)原料配比是指馬鈴薯淀粉磷 酸酯與丙烯酸的質量之比，是影響吸水率的重要因素之一。這是因為淀粉磷酸酯起著提供 交聯網絡骨架的作用，這對改善高吸水樹脂的網絡結構，提高吸水率有很大的幫助，進而影 響產物的吸水性能。綜合考慮，最終馬鈴薯淀粉磷酸酯與丙烯酸質量比為1 10-14。(2)引 發劑用量直接影響聚合反應的速度和聚合產物的分子質量及聚合物分子鏈的長短，從而影 響聚合物的網絡結構，因此采用引發劑用量為馬鈴薯淀粉磷酸酯質量的1. 5% -2. 6%。(3) 高吸水性樹脂實際上是一種低密度交聯的高分子聚合物，當不使用交聯劑時，所合成的高 吸水樹脂是一種水溶性高分子聚合物，隨著交聯劑用量的增加，由水溶性高分子聚合物轉 變為水溶脹性的樹脂，若進一步交聯就變成凝膠強度適中的吸水性樹脂。但交聯劑用量過 多，交聯密度太大，遇水時不易充分溶脹，吸水率也不高。因此采用交聯劑用量為馬鈴薯淀 粉磷酸酯質量的0. 17% -0. 35%。(4)丙烯酸中和度指丙烯酸分子中的羧基被堿中和的百 分數，中和度低，導致聚合物網絡結構上的離子濃度較小，產生的滲透壓小，吸水率低。隨著 中和度的增加，離子強度增加，聚合物的吸水率也會隨之升高。但中和度過高，樹脂中-COOK 含量增加，水溶性增大而導致吸水率降低。因此丙烯酸的中和度確定為35% -55%。本發明的高吸水樹脂主要用于種子包衣等農林業應用領域，因為這種高吸水樹脂 具有良好的吸水保水能力、凝膠強度和抗霉變能力，因此可以節約育種用水，減少蒸發，節 省勞動力。還可以改變土壤的團粒結構，增大土壤的透水性、透氣性，并可將雨水或灌溉水 儲存起來，同時由于產品含鉀量高，因此在干旱地區土壤的水分保持、抗旱保苗及促進植物 生長等方面可起到很大的作用。
圖1是本發明的制備工藝流程2是丙烯酸與馬鈴薯淀粉磷酸酯質量比對產品吸去離子水率影響的曲線圖
圖3是引發劑用量對產品吸去離子水率影響的曲線4是交聯劑用量對產品吸去離子水率影響的曲線5是丙烯酸的中和度對產品吸去離子水率影響的曲線6是高吸水樹脂的吸去離子水速率的曲線7是高吸水樹脂耐鹽性的曲線8是高吸水樹脂的紅外光譜圖
具體實施例方式實施例1 稱量9. 3g氫氧化鉀，量取42. OmL去離子水，配制成氫氧化鉀溶液，在冰 水浴冷卻及攪拌的條件下，中和30. Og除去阻聚劑的丙烯酸。稱取3. Og馬鈴薯淀粉磷酸 酯、60mg過硫酸鉀和8mg N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺，量取15. OmL去離子水，將上述原料 與中和后的丙烯酸及其鉀鹽溶液進行混合，于室溫下攪拌一小時，混合均勻后。通入氮氣并 在攪拌下加熱，控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，并使反應充分進行，當溫度達到60°C 時停止攪拌。此后逐漸升溫，當水浴溫度為90°C _97°C，繼續使其在該溫度范圍內反應1-2 小時，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產品取出，剪切成小塊，于40°C -60°C的烘箱中烘干至恒 重，粉碎，即得以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料合成的高含鉀量高吸水樹脂，產品吸去離子水率 為 1320g/g。實施例2 稱取2. 7g馬鈴薯淀粉磷酸酯，其他實驗條件與實施例1相同，產品吸去 離子水率為1420g/g實施例3 稱取2. 5g馬鈴薯淀粉磷酸酯，其他實驗條件與實施例1相同，產品吸去 離子水率為1450g/g。實施例4 稱取引發劑過硫酸鉀50mg，其他實驗條件與實施例1相同，產品吸去離 子水率為1350g/g。實施例5 稱取引發劑過硫酸鉀55mg，其他實驗條件與實施例1相同，產品吸去離 子水率為1420g/g。實施例6 稱取交聯劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺6mg，其他實驗條件與實施例5 相同，產品吸去離子水率為1400g/g。實施例7 稱取交聯劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺7mg，其他實驗條件與實施例5 相同，產品吸去離子水率為1500g/g。實施例8 稱取氫氧化鉀7. Og,其他實驗條件與實施例7相同，產品吸去離子水率 為 1430g/g。實施例9 稱取氫氧化鉀8. 2g，其他實驗條件與實施例7相同，產品吸去離子水率 為 1460g/g。實施例10 稱取氫氧化鉀10. 5g，其他實驗條件與實施例7相同，產品吸去離子水 率為 1360g/g。以實施例10所值得的高吸水樹脂為例，用火焰原子吸收光譜法進行測定，產品的 含鉀量為23. 2%。
權利要求
以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料合成高含鉀量高吸水樹脂的工藝配方，其特征在于在冰水浴冷卻下，用氫氧化鉀溶液與除去阻聚劑的丙烯酸進行中和反應，其中馬鈴薯淀粉磷酸酯與丙烯酸、氫氧化鉀的質量比是1∶10 14∶2.7 6.0，將中和后的丙烯酸及其鉀鹽和馬鈴薯淀粉磷酸酯、去離子水混合，馬鈴薯淀粉磷酸酯與去離子水質量比是1∶20 30，加入馬鈴薯淀粉磷酸酯質量1.5％ 2.6％的過硫酸鉀做引發劑，0.17％ 0.35％的N，N′ 亞甲基雙丙烯酰胺做交聯劑，攪拌一定時間，使混合物在攪拌下混合均勻，然后在氮氣保護下，水浴加熱并攪拌，達到一定溫度時停止攪拌，在沸水浴中保溫反應一定時間，然后停止通氮氣，將產品取出，剪切成小塊，在烘箱中烘干，粉碎，即得以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料的高含鉀量的高吸水樹脂，所制得的高吸水樹脂最高吸去離子水量在1400 1500g/g。
2.如權利要求1所述的高吸水樹脂，其特征在于采用的接枝母體是馬鈴薯淀粉磷酸 酯，即馬鈴薯淀粉經過磷酸酯化處理。
3.如權利要求1所述的高吸水樹脂的制備方法，其特征在于制備高吸水樹脂原料 的質量配比為馬鈴薯淀粉磷酸酯1份，丙烯酸10-14份，氫氧化鉀2. 7-6. 0份，引發劑 0. 015-0. 026份，交聯劑0. 0017-0. 0035份；引發劑選用過硫酸鉀，交聯劑選用N，N'-亞甲 基雙丙烯酰胺。
4.如權利要求3所述高吸水樹脂的制備方法，其特征在于丙烯酸中和過程中，使用的 堿為氫氧化鉀。
全文摘要
本發明公開了一種以馬鈴薯淀粉磷酸酯為原料的高含鉀量高吸水樹脂的工藝配方，本配方制備的高吸水樹脂與同類產品相比，其吸水量高、凝膠強度好，并含有較高含量鉀元素，在干旱地區土壤的抗旱保苗、增產增收和植物生長等方面有很重要的作用。
文檔編號C08F220/06GK101985489SQ20101050131
公開日2011年3月16日 申請日期2010年10月9日 優先權日2010年10月9日
發明者劉曉輝, 吳波, 張偉, 張思思, 張玉輝, 杜青慧, 溫國華, 黃海波 申請人:內蒙古大學