電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑及其制備方法，它是以以丙烯酸為原料，加入電氣石處理的水溶解的各種助劑如交聯劑、引發劑和中和劑，經過聚合反應及粉碎制得，其中，電氣石處理的水是將顆粒直徑0.5～1.0毫米的電氣石0.5～1.0公斤，浸泡于1000公斤水中，8～12小時制得，交聯劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，引發劑為過硫酸鉀，中和劑為氫氧化鈉。本發明利用助劑顆粒溶解焓變中和焓變和聚合焓變等體系的自發放熱效應，外界不用加熱，經過自發暴聚反應和粉碎，僅二步工序完成超強吸水劑生產制造。其吸水率為170～1200克/克，含水率7～8%。
【專利說明】電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強吸水劑及其制備方法，尤其是涉及一種電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超強吸水劑是線性大分子或高分子，通過化學鍵的交聯而形成網狀結構。把這結構中滲透進水膨脹，網絡里添滿水而膠凝成不流動的固體，這就成為固體水，而且超強吸水劑形成的固體水，含水量非常大。如:一克吸水劑可含水幾十到幾千克水。
[0003]因為超強吸水劑是一種吸水能力特別強的物質，吸水量為自身的幾十倍至幾千倍，而且保水能力也非常高，吸水后，無論多大的壓力也不易脫水，并且具有高分子材料的優點，良好的加工性能與使用性能。
[0004]正是因為超強吸水劑的吸水保水性能優越，其用途極為廣泛。無論從農、林、園藝、石油化工、建材工業、醫療衛生、交通運輸等都在應用，已滲入到各個領域。特別是在農業、醫療衛生方面已成為不可缺少的材料。
[0005]目前，生產吸水劑的方法可分為均相體系法和非均相體系法。液相均相系的聚合法，是吸水劑生產中應用較多的體系法。此法在聚合反應釜中加入反應單體和溶劑進行加熱攪拌，同時添加引發劑、交聯劑，以及所需的其它添加劑等，進行聚合交聯，然后固液分離，成型，干燥，粉碎，制成產品。可見，工序多，需要設備也多，并且耗能大。為此，出現了一些新的方法。如，盤式合成法，鼓型反應器合成法、噴霧合成法、薄膜制造法等。總起來說，就是把加熱聚合、成型、干燥三步工序合為一體的簡化工序，可連續生產。但是，其中聚合與干燥的步驟是需加熱的，即 這些方法均屬于必須加熱聚合與加熱干燥的生產工藝。
[0006]因此，本發明人經過多年試驗與研究，終于得到了以電氣石處理的水作為溶劑，用于溶解交聯劑、引發劑和中和劑，在常溫常壓下，利用體系的熱力學焓變一放熱效應，外界不用加熱加壓，經過實施自發暴聚和粉碎，僅以二步工序即可完成超強吸水劑生產制造。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑。
[0008]本發明的另一目的是提供電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑的制備方法。
[0009]本發明是按如下技術方案實現的。
[0010]按照本發明的電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑，
[0011](以丙烯酸重量為100時的助劑份數其中NaOH為克摩兒份數)。
[0012](按照本發明所述的電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑的制備方法，其特征在于如下步驟；
[0013]首先，用電氣石處理的水分別制備0.02-0.05份N，N —亞甲基雙丙烯酰胺溶液和0.2-0.9份過硫酸鉀溶液；
[0014]然后，按其上述重量份配比在容器中加入丙烯酸、N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺溶液及過硫酸鉀溶液，混合均勻，得丙烯酸混合液；
[0015]最后，用另一容器，按重量份配比，稱取氫氧化鈉(0.3925克摩爾)，立即加入電氣石處理水，則制備成熱的氫氧化鈉溶液，倒入上述的丙烯酸混合液容器中，攪拌，混合液暴聚并冒出濃的蒸汽后，形成白色的聚合塊，冷卻，粉碎成40目顆粒，即得；
[0016]其中，丙烯酸、助劑及電氣石處理的水重量份配比同上所述。
[0017]具體超強吸水劑的制備(舉一個表實施例1的例子):
[0018]首先，用二個I升容量瓶，用電氣石處理的水分別制備0.02份的N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺溶液和0.20份的過硫酸鉀溶液，待用；
[0019]然后在500暈升容量的塑料錐形瓶中加入36暈升丙烯酸原料,重37.8克,加入
0.82毫升的N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺溶液，重0.00756克，再加入2.4毫升的過硫酸鉀溶液，過硫酸鉀0.1568克，混合均勻，得丙烯酸混合液，其中含水占整個體積的32.4%。
[0020]最后取小杯，稱取氫氧化鈉15.7克(0.3925克摩爾)，立即加入電氣石處理水溶劑14ml，則制備成熱的氫氧化鈉溶液，倒入丙烯酸混合液杯中搖動，暴聚并冒出濃的蒸汽后，形成白色的聚合塊，冷卻，粉碎成40目顆粒，即得含水率8%，吸水率1200克/克產品吸水劑。)`
[0021]一般情況下，超強吸水劑溶解助劑時，使用水為普通的蒸餾水，在丙烯酸36毫升里加入1.52ml交聯劑溶液，其中含N，N—亞甲基雙丙烯酰胺0.00756克，再加入4毫升引發劑溶液，其中含過硫酸鉀0.1568克，加上加入的37毫升中和劑溶液，其中含氫氧化鈉15.7克，這樣，理論上36毫升丙烯酸加進助劑溶液后，變成了 78.52毫升的體積，含水45.52克，占整個體系的57.9%，可見體系水含量較大，不經加熱干燥步驟，是根本粉碎不了的。
[0022]本發明以電氣石處理的水作為溶劑，溶解交聯劑、引發劑和中和劑，從而大大降低反應體系的含水量，在常溫常壓下，依靠體系的熱力學焓變一放熱效應，即利用助劑顆粒溶解焓變的放熱效應及中和焓和丙烯酸聚合焓變等體系的自發放熱效應，所以制備過程外界不用加熱加壓，實施自發暴聚反應，再經粉碎，二步工序完成超強吸水劑的生產制造，其吸水率為170-1200克/克，含水量7-8%。
[0023]本發明所用的電氣石，是地球上唯一具有電極的礦石，具有0.06mA電流和4-14um 電磁波，其主要化學組成為 NaX3A16 (BO3) 3Si6018 (OH) 4 其中 X=Fe, L1、Mg、Al、Mn，當X=MruFe時,礦石帶黑色,主要產于我國云南、赤峰，當X=Mg時帶褐色，當X=Al、Li時帶透明、紅色、綠色，主要產于北朝鮮。
[0024]水是由H和O以H2O組成水分子，一個水分子直徑為0.28nm，通常水由于氫鍵以及雜質離子的催化作用，是以幾個水分子聚集成球型的簇，叫水簇，所以水的溶解性和滲透性大大降低，溶解合成超強吸水劑的助劑，如引發劑、交聯劑，中和劑等助劑，溶解需大量的水。如處理較好的自來水，由12-18個水分子組成的水簇在16OMASNMr核磁共振譜峰半高寬100-140Hz，經過電氣石處理后，由于電氣石4-14um電磁波切斷簇的氫鍵變成5-6個水分子簇，共振譜峰的半高寬50-70Hz。本發明試驗使用的溶劑水，就是制備5-6個水分子簇的水，從而大大降低溶解所需的水量，降低吸水劑合成體系的水量，可以不用加熱與干燥也能達到吸水劑7-8%水分限制，滿足產品的標準。
[0025]在熱力學上焓定義為H=U+PV，系統在等壓過程中熱的吸收或放熱，全部用于體系焓的增加或減少。本發明的體系是以丙烯酸，引發劑水溶液、交聯劑溶液、中和劑溶液組成。丙烯酸聚合反應的標準焓變化為APH=-68.6KJ/mol，氫氧化鈉晶體塊溶解于水時，標準焓變Λ SH=-44.5lKJ/mol，經發明人試驗測定，氫氧化鈉在中和丙烯酸時的焓變Δ nH=-56.56KJ/mol，這里負號說明焓的降低，也就是說明如上三個數據都是放熱的自發過程，這里，必須要說明的是，雖然從所述的數據看出為自發過程，可是，對聚合來說，引發劑只有在體系達到50°C以上時才能起引發聚合作用，因此本發明的制備過程，一定要固定加料順序，才能獲得產品，如單體中先加交聯劑溶液，再加引發劑溶液，均勻混合之后，最后加中和劑溶液，一旦加入，其中和焓起重要作用，使體系放熱升溫到50°C時，才使引發劑起作用，接著聚合焓起作用，發生暴聚，于幾秒鐘內結束聚合反應。
[0026]本發明電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑的制備方法，節省能源和設備，工藝流程短，不涉及過濾、洗滌、通氮氣、真空干燥等特點，所用設備投資少，生產成本低。并且生產過程不涉及有機溶劑的使用與回收，無三廢處理，綠色環保。產品收率高，質量好，并且可以控制吸水率，可以生產不同吸水性能系列產品，吸水率在170-1200克/克范圍，能夠滿足不同客戶對不同產品等級的需求。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例進一步說明本發明。
[0028]下表為實施例1-9，以丙烯酸100克，引發劑與交聯劑的克數，中和劑為克摩爾
數，及其測定吸水率與含水量的數據。
[0029]
【權利要求】
1.一種電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑，其特征在于，以丙烯酸為原料，加入電氣石處理的水溶解的各種助劑如交聯劑、引發劑和中和劑，經過聚合反應及粉碎制得， 其中，電氣石處理的水是將顆粒直徑0.5-1.0毫米的電氣石0.5-1.0公斤,浸泡于1000公斤水中，8-12小時，制得， 交聯劑為N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺，引發劑為過硫酸鉀，中和劑為氫氧化鈉， 所述的丙烯酸、助劑及電氣石處理的水按其重量配比為:丙烯酸100克、交聯劑的N, N 一亞甲基雙丙烯酰胺0.02-0.05克、引發劑的過硫酸鉀0.2-0.9克、中和劑的氫氧化鈉10-75克摩爾百分數及電氣石處理的水40-55毫升， 其中，電氣石處理的水是將顆粒直徑0.5-1.0毫米的電氣石0.5-1.0公斤,浸泡于1000公斤水中，10-12小時，制得。
2.—種權利要求1所述的電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑的制備方法，其特征在于如下步驟: 首先，用顆粒直徑0.5-1.0毫米的電氣石0.5-1.0公斤，浸泡于1000公斤水中，12小時，即得電氣石 處理的水，按重量配比，量取電氣石處理的水40-55毫升，量取部分電氣石處理的水，分別制備N，N —亞甲基雙丙烯酰胺溶液和過硫酸鉀溶液， 然后，按重量配比在容器中，加入丙烯酸100克、含N，N—亞甲基雙丙烯酰胺0.02-.0.05克的溶液及含過硫酸鉀0.2-0.9克的溶液，混合均勻，得丙烯酸混合液； 最后，用另一容器，按重量配比稱取氫氧化鈉10-75克摩爾百分數，立即加入剩余量的電氣石處理的水，則制備熱的氫氧化鈉溶液，倒入上述的丙烯酸混合液容器中，攪拌，混合液馬上暴聚，并冒出濃的蒸汽后，形成白色的聚合塊，冷卻，粉碎成40目顆粒，即得。
3.根據權利要求2所述的電氣石處理的水作為溶劑的超強吸水劑的制備方法，其特征在于如下步驟: 首先，用顆粒直徑0.5-1.0毫米電氣石0.5-1.0公斤，浸泡于1000公斤水中，12小時，即得電氣石處理的水，量取電氣石處理的水45.52暈升； 再用二個一升容量瓶，量取部分用電氣石處理的水，分別制備N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺溶液和過硫Ife鐘溶液，待用； 然后，在500暈升容量的塑料瓶中，加入36暈升丙烯酸原料，含丙烯酸37.8克，加入1.52毫升上述已制備的N，N—亞甲基雙丙烯酰胺溶液，含N，N —亞甲基雙丙烯酰胺.0.00756克，再加入4毫升上述已制備的過硫酸鉀溶液，含過硫酸鉀0.1568克，混合均勻，得丙烯酸混合液； 最后，取小杯，稱取氫氧化鈉15.7克(0.3925克摩爾)，立即加入電氣石處理的水37毫升，則變成熱的氫氧化鈉溶液，倒入丙烯酸混合液杯中，搖動，立即暴聚，并冒出濃的蒸汽后，形成白色的聚合塊，冷卻，粉碎成40目顆粒，即得， 然后在500毫升容量的塑料錐形瓶中加入36毫升丙烯酸原料，含丙烯酸37.8克，加入.0.82毫升的N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺溶液，含N，N 一亞甲基雙丙烯酰胺0.00756克，再加入2.4毫升的過硫酸鉀溶液，含過硫酸鉀0.1568克，混合均勻，得丙烯酸混合液，其中含水占整個體積的32.4%。
【文檔編號】C08F2/10GK103450387SQ201310401310
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】張叢香, 劉暢, 周惠文, 劉潤華, 劉雙安, 馮文龍, 鐘鋼, 王帥, 崔湘浩 申請人:鞍鋼集團礦業公司