一種硅藻土復合高吸水樹脂材料及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于高分子材料【技術領域】，具體涉及一種硅藻土復合高吸水性樹脂材料及其制備方法，該方法采用自放熱交聯技術，通過對反應物用量及聚合物體系pH值的調控，實現高吸水性樹脂的室溫合成。本發明的制備工藝簡單，無需氮氣保護，條件溫和，無需加熱，能耗低。本發明使用的原料來源廣泛，具有明顯的成本優勢，應用前景廣闊，所得產品天然組分淀粉和硅藻土含量高，環境友好，分散性好，能起到吸水保水，存儲藥物，改善土壤結構，調節土壤溫度濕度的作用，可用于中草藥及農林園藝。
【專利說明】一種硅藻土復合高吸水樹脂材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子材料【技術領域】。具體涉及一種硅藻土復合高吸水性樹脂材料及其制備方法。 【背景技術】
[0002]高吸水性樹脂(簡稱SAP)是近年來迅速發展起來的一類具有優良的吸水和保水性能的新型功能高分子材料，廣泛應用于農林園藝、生理衛生用品、醫藥、石油、化工、環保、建材和食品等眾多領域。
[0003]我國的硅藻土資源豐富，儲量僅次于美國，居世界第2位。尤以吉林省儲量最多，占全國儲量的54.8%。硅藻土資源在我國主要用作助濾劑，隔熱保溫材料和功能填料等。近年來，硅藻土在生物工藝學、醫藥工業、無毒殺蟲劑生產方面已引起廣泛關注。
[0004]當前我國硅藻土資源利用水平不高，主要以開發一級硅藻土作為助濾劑產品為主。開展硅藻土綜合利用研究，拓寬硅藻土應用領域，提高其應用附加值，尤其是二級與三級硅藻土的合理利用，具有顯著地生態效益，可實現資源利用和環境優化的協調發展。
[0005]傳統農用高吸水性樹脂本身機械強度低，抗外界溶液干擾能力差，受外界壓力、溫度等環境因素影響較大，導致其保水緩釋功效下降，極大影響了其應用效果。我們針對這一問題，對其進行改進，首次利用吉林省豐富的硅藻土資源，將高吸水性樹脂與硅藻土復合在一起，合成了蛋黃-蛋殼結構硅藻土復合可降解高分子保水材料。使用硅藻土與傳統的高吸水樹脂復合，不僅可以降低成本，而且能夠有效提高樹脂的凝膠強度，改善其耐鹽性和保水性能，可顯著提高SAP綜合性能。
[0006]本發明合成方法簡便，減少了成本，經濟效率可觀。從而使高吸水性樹脂的大規模生產得以更好的實現。同時還改進了生產原料，增加了吸水材料的機械強度，提高了產品的性能，更有利于產品的應用推廣。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是一種硅藻土復合高吸水性樹脂材料及其制備方法。
[0008]本發明的技術方案包括以下具體步驟:
0.稱取10~20份過300目篩的硅藻土，加入適量水，混勻，備用；
2).向步驟I)得到的混合液中加入40~80份丙烯基化合物，丙烯酸或丙烯酰胺，在室溫下攪拌混合I~2 h，配置成硅藻土 /丙烯基化合物前驅體混合液；
3).稱取20~40重量份氫氧化鈉固體，配制成氫氧化鈉溶液；
4).在不斷攪拌的條件下，將步驟3)得到的氫氧化鈉溶液加入到步驟2)得到的硅藻土 /丙烯基化合物前驅體混合液中進行中和反應，待反應完全后，停止攪拌使中和液逐漸冷卻；
5).在機械攪拌條件下，將一定質量的淀粉加入到冷卻至一定溫度的步驟4)得到的混合液中，持續攪拌30~60min，使淀粉分散均勻；6).分別將已配制好的引發劑過硫酸鉀、和交聯劑MBA溶液緩慢加入步驟5)得到的反應液中，持續攪拌I~1.5h，反應液變至半透明的粘稠液；
7).向步驟6)得到的混合液中加入一定量的氨水，將體系pH值調至7~8之間；靜止10~15min后,體系反應,放出氣體至完成；
8).將步驟7)得到的產物處理成小的塊狀，在100°C恒溫干燥箱中干燥至恒重；經過破碎、粉碎，得到顆粒或粉末狀二氧化硅/SAP復合高吸水性材料。
[0009]反應體系的溫度是在20_40°C的范圍內，原料之間的重量配比是:硅藻土2-15g、玉米粉3-20g、丙烯基化合物丙烯酸或丙烯酰胺40-60g、氫氧化鈉20_30g、引發劑
0.35-1.6g、交聯劑 0.1-0.8g 和 25% 的氨水 10_20ml。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說明】[0011]
附圖1為硅藻土復合高吸水性材料制備的工藝流程方框圖； 附圖2為硅藻土 SEM照片；
附圖3為硅藻土復合高吸水性材料SEM照片。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]具體實施例1
稱取硅藻土原土 50 g，在600 °C高溫下煅燒2 h，降至室溫后將該固體粉末加入70%硫酸水溶液中，攪拌混合4 h，再經過濾、洗滌、烘干后，將該固體粉末投入200 mL 2%的CTAB水溶液中，60 1:恒溫攪拌2 h，再經過濾、洗滌、干燥、粉碎后將固體過200目篩。
[0014]配制濃度為26%的氫氧化鈉溶液16 mL,冷卻到室溫后緩慢加入到10 mL的丙烯酸中，不斷攪拌使反應完全。在不斷攪拌的條件下將3 g改性硅藻土粉加入到中和液中，攪拌30 min，使其分散均勻。
[0015]在帶有冷凝管，溫度計及氮氣導管的250 mL四頸燒瓶中，加入50 mL環己烷和1.5g分散劑(Span 60)，通氮氣20 min，除去溶液中的氧氣。隨后將四頸瓶放到40 °C油浴中機械攪拌下混合30min。待混合均勻后，依次將適量上述丙烯酸/硅藻土混合溶液、0.1 g引發劑(過硫酸鉀)和0.1 g交聯劑(MBA)依次加入燒瓶中，攪拌30 min后，升溫至70 V,反應2.5 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫，然后將反應液抽濾分離，用去離子水洗滌，所得到白色沉淀在100 1:真空烘箱中干燥24 h，即得硅藻土 /高吸水性樹脂材料復合高分子材料。
[0016]具體實施例2
稱取硅藻土原土 100 g，在700 °C高溫下煅燒3 h，降至室溫后將該固體粉末加入75%硫酸水溶液中，攪拌混合4 h，再經過濾、洗滌、烘干后，將該固體粉末投入300 mL 2 %的CTAB水溶液中，60 1:恒溫攪拌2 h，再經過濾、洗滌、干燥、粉碎后將固體過200目篩。
[0017]配制濃度為26%的氫氧化鈉溶液15 mL,冷卻到室溫后緩慢加入到12 mL的丙烯酸中，不斷攪拌使反應完全。在不斷攪拌的條件下將4 g改性硅藻土粉加入到中和液中，攪拌30 min，使其分散均勻。
[0018]在帶有冷凝管，溫度計及氮氣導管的250 mL四頸燒瓶中，加入60mL環己烷和2.0g分散劑(Span 60)，通氮氣30 min，除去溶液中的氧氣。隨后將四頸瓶放到40 °C油浴中機械攪拌下混合30 min。待混合均勻后，依次將適量上述丙烯酸/硅藻土混合溶液、0.2 g引發劑(過硫酸鉀)和0.15 g交聯劑(MBA)依次加入燒瓶中，攪拌30 min后，升溫至70 V,反應3 h，反應完成后將加熱設備關掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫，然后將反應液抽濾分離，用去離子水洗滌，所得到白色沉淀在100 1:真空烘箱中干燥30 h，即得硅藻土 /高吸水性樹脂材料復合高分子材料。
[0019]關于硅藻土復合高吸水樹脂材料用途:本課題組自90年代起從事改性淀粉研究。經過多年的探索，完成系列吸水劑產品的小試和中試，并批量生產。該系列產品中的農林作物防旱劑已通過省級鑒定(鑒定號2004086)，用玉米淀粉直接生產高吸水性樹脂研究已完成，并獲得國家發明專利(專利號Z L 03127061.1)。但由于淀粉基強吸水材料自身機械強度較低，使用過程中容易受外界壓力溫度等因素影響較大，導致其保水緩釋功效下降，基于此原因，我們將淀粉基強吸水材料與吉林省儲量居全國之首的硅藻土在結合一起，利用自制生物可降解淀粉基強吸水性樹脂為包覆材料，采用獨創自放熱交聯工藝，實現了不同粒徑及包覆厚度蛋黃-蛋殼結構硅藻土復合可降解高分子保水材料的可控合成。該復合材料不僅保持吸水材料和硅藻土的原有特性，還相互擬補了吸水材料機械輕度低，硅藻土保水緩釋功能較差的缺點，使得該材料具有可塑性高、應用范圍廣等優勢。主要用于農、林業植物種植，并適用于人參及種草藥種植，該材料有助于解決近年人參種植中遇到的干旱缺水、水土流失嚴重、施用化肥的效益下降等問 題，有助于提高人參產量和質量，增加參農的收入。
【權利要求】
1.一種硅藻土復合高吸水樹脂材料的合成方法，其特征在于包括以下具體步驟: 1).稱取10~20份過300目篩的硅藻土，加入適量水，混勻，備用； 2).向步驟I)得到的混合液中加入40~80份丙烯基化合物，丙烯酸或丙烯酰胺，在室溫下攪拌混合I~2 h，配置成硅藻土 /丙烯基化合物前驅體混合液； 3).稱取20~40重量份氫氧化鈉固體，配制成氫氧化鈉溶液； 4).在不斷攪拌的條件下，將步驟3)得到的氫氧化鈉溶液加入到步驟2)得到的硅藻土 /丙烯基化合物前驅體混合液中進行中和反應；待反應完全后，停止攪拌使中和液逐漸冷卻； 5).在機械攪拌條件下，將一定質量的淀粉加入到冷卻至一定溫度的步驟4)得到的混合液中，持續攪拌30~60min，使淀粉分散均勻； 6).分別將已配制好的引發劑過硫酸鉀、和交聯劑MBA溶液緩慢加入步驟5)得到的反應液中，持續攪拌I~1.5h，反應液變至半透明的粘稠液； 7).向步驟6)得到的混合液中加入一定量的氨水，將體系pH值調至7~8之間；靜止10~15min后，體系反應，放出氣體至完成； 8).將步驟7)得到的產物處理成小的塊狀，在100°C恒溫干燥箱中干燥至恒重；經過破碎、粉碎，得到顆粒或粉末狀二氧化硅 /SAP復合高吸水性材料， 反應體系的溫度是在20-40°C的范圍內，原料之間的重量配比是:硅藻土 2-15 g、玉米粉3-20g、丙烯基化合物丙烯酸或丙烯酰胺40-60g、氫氧化鈉20-30g、引發劑0.35-1.6g、交聯劑 0.1-0.8g 和 25% 的氨水 10-20ml。
2.按權利要求1所述的方法制備的硅藻土復合高吸水樹脂材料。
【文檔編號】C08F220/56GK103739784SQ201410017583
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】蘇忠民, 趙亮, 李鹿 申請人:東北師范大學