专利名称：环境友好的木素高吸水树脂及其制备方法
(一)技术领域 本发明涉及环境友好的木素高吸水树脂及其制备方法，属于含木质素材料的组合物，是天然木质素的改性及新产品开发。
背景技术：
地球上天然植物材料-木素的数量仅次于纤维素，估计每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木素。人类利用纤维素已有几千年的历史，而木素真正开始研究是1930年以后的事，而且至今没有很好的利用，大自然提供给人类的大宗资源，每年自白浪费掉了。木质纤维素物质三大组分中，只有木素没有获得有效利用，而且成为相关工业应用中的障碍物和环境污染物，因此木素资源的利用无论从自然界碳素循环还是人类社会可持续发展角度看意义都非常重大。
高吸水树脂是一系列新型功能高分子材料，它具有从周围环境中吸收非常大量水分的能力和良好的保水性能，而本身不溶解。现在高吸水树脂可广泛应用于农、林、园艺、医药、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、美容、化妆、建材、生化技术、食品等方面，日益发挥出它特殊功能的威力。但是在这些实际应用中，需要从周围环境中吸收和保持的水分绝大多数都不是蒸馏水，而大多数领域都要求高吸水树脂能吸收和保持大量的自然水或溶液。目前使用的高吸水树脂吸收和保持自然水或溶液的能力很低，通常情况下只有饱和吸蒸馏水量的10％左右，因此提高吸水树脂吸收和保持自然水或溶液的能力是非常必要的。充分利用我国丰富宝贵的木素资源，有利于实现生态效益、社会效益和经济效益三者的统一，对经济与社会可持续发展有重要的应用前景和意义。
发明内容1、发明目的本发明的目的是提供一种以天然木素为原料，生产环境友好的木素高吸水树脂的方法，为可再生资源天然木素的大规模开发利用服务。
2、技术方案本发明的技术方案是按重量份配比将高纯木素、水溶性高分子、引发剂、交联剂等计量；在60～180℃条件下进行活化、接枝、交联、共聚反应；经喷雾干燥后加入发泡剂在高速混合机中混匀即得产品。
它的组分及重量比为高纯木素30～80、水溶性高分子10～40、引发剂2～10、交联剂2～10、发泡剂1～5、水100～200。
高纯木素是经有机溶剂处理、提纯或浓缩的。利用木素溶于有机溶剂、且在有机溶剂中易于凝聚、聚合的特性，将有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆等得到的黑(红)液，经浓缩后，按1∶1～10的比例加入热有机溶剂；如原料是一般工业木素产品，按1∶1～6的比例加入热有机溶剂搅拌溶解后，离心或过滤除去杂质，蒸馏回收有机溶剂后得到高纯木素，分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃。
所述的有机溶剂主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等的单一溶剂或复合溶剂。
水溶性高分子选用聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸及其共聚物(PAA)、聚马来酸酐、缩聚类树脂、改性纤维素、改性淀粉、动植物胶以及聚合硅酸盐等。可将其中的一种或几种配比使用。
引发剂选用过氧化物中的一种或两种以上的任意组合。如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化对氯苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化枯烯、a，a′-双(叔丁基过氧二异丙基)苯、二叔丁基过氧化物、2，5-(叔丁基过氧)己烷、1，1-叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧新戊酸酯、叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧苯甲酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、二异丙基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧异丙基碳酸酯，和其它过氧化物；和偶氮双异丁腈和其它偶氮化合物。
交联剂选用醛类、醇类、胺类及硼化合物，如甲醛、乙醛、戊二醛、六次甲基四胺、硼砂等等中的一种或者两种以上的任意组合。
发泡剂选用物理发泡剂或化学发泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、CO2、双戊烯、偶氦二甲酰胺、偶氮二异丁腈等中的一种或者两种以上的任意组合。
按重量份配比将高纯木素、水溶性树脂、引发剂、交联剂等计量；在60～180℃条件下进行活化、接枝、交联、共聚反应；经喷雾干燥后加入发泡剂在高速混合机中混匀，即环境友好的木素高吸水树脂。
3、有益效果以可再生的天然木素为主要原料开发环境友好的木素高吸水树脂，通过化学引发，木素分子形状由Einstein球和紧密卷曲体转化为线形高聚物，与水溶性高分子共聚、交联得到具有高度吸水、保水特性的木素高吸水树脂，同时还具有缓释、包囊、载体的功能特性，并且在自然环境(光、热、微生物等)条件下能够完全降解，其降解诱导期能够控制。逐步降解后的木素高吸水树脂在土壤中可转变成腐植酸肥料，并能改善土壤团粒结构。在化肥、农药、环境治理等方面具有广阔的应用前景。还可用作重金属废水、放射性废水和阳离子型有机废水处理的吸水材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
高纯木素的制取①取亚氨法得到的黑(红)液，加热浓缩至波美20°以上，按1∶1～8的比例加入50℃的乙酸乙酯，密闭搅拌后加温至80℃，静置冷却2小时，待混合液分层后，除去底层的杂质，上层液蒸馏回收乙酸乙酯，得到的固形物经干燥后为高纯木素。其分子量＞2000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃。
②取工业木素为原料，按1∶6的比例加入90℃的二氧六环，加HCl调节pH＜6，密闭搅拌后加温至100℃，静置冷却2小时，待混合液分层后，除去底层的杂质，上层液蒸馏回收乙酸乙酯，得到的固形物经干燥后为高纯木素。分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃。
实施例1按重量份取高纯木素30、聚乙烯醇40、过氧化苯甲酰3、甲醛1、硼砂1、水100，在反应釜中于60℃下反应20小时后，反应物蒸发浓缩和喷雾干燥后，加入2重量份比的双戊烯，在高速混合机中混匀即得。
实施例2按重量份取高纯木素60、聚乙二醇10、过氧化二异丙苯3、甲醛1、六次甲基四胺1、水160，在反应釜中于140℃下反应9小时后，反应物蒸发浓缩和喷雾干燥后，加入5重量份比的偶氦二甲酰胺，在高速混合机中混匀即得。
实施例3按重量份取高纯木素70、聚丙烯酰胺30、过氧化月桂酰3、甲醛1、六次甲基四胺1、水200，在反应釜中于180℃下反应6小时后，反应物蒸发浓缩和喷雾干燥后，加入2重量份比的偶氮二异丁腈，在高速混合机中混匀即得。
权利要求
1.一种环境友好的木素高吸水树脂，其特征在于，它的各组分重量比为高纯木素30～80、水溶性高分子10～40、引发剂2～10、交联剂2～10、发泡剂1～5、水100～200。
2.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂，其特征是，所述的高纯木素是经有机溶剂处理、提纯或浓缩的，其分子量＞1000，纯度＞60％，玻璃化温度＞100℃。
3.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂，其特征是，所述的水溶性高分子选用聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸及其共聚物(PAA)、聚马来酸酐、缩聚类树脂、改性纤维素、改性淀粉、动植物胶以及聚合硅酸盐等中的一种或几种配比使用。
4.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂，其特征是，所述的引发剂选用过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化对氯苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化枯烯、a，a’-双(叔丁基过氧二异丙基)苯、二叔丁基过氧化物、2，5-(叔丁基过氧)己烷、1，1-叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧新戊酸酯、叔丁基过氧-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧苯甲酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、二异丙基过氧二碳酸酯、叔丁基过氧异丙基碳酸酯，和其它过氧化物；和偶氮双异丁腈和其它偶氮化合物等过氧化物中的一种或两种以上的任意组合。
5.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂，其特征是，所述的交联剂选用醛类、醇类、胺类及硼化合物，如甲醛、乙醛、戊二醛、六次甲基四胺、硼砂等等中的一种或者两种以上的任意组合。
6.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂，其特征是，所述的发泡剂选用物理发泡剂或化学发泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、CO2、双戊烯、偶氦二甲酰胺、偶氮二异丁腈等中的一种或者两种以上的任意组合。
7.根据权利要求1所述的环境友好的木素高吸水树脂的制备方法，其步骤是第一步，制备高纯木素利用木素溶于有机溶剂、且在有机溶剂中易于凝聚、聚合的特性，将有机溶剂制浆、碱法制浆、亚硫酸盐法制浆、亚氨法制浆、机械法制浆、生物法制浆等得到的黑(红)液，浓缩至波美20°以上，按1∶1～10的比例加入热有机溶剂；如原料是一般工业木素产品，按1∶1～6的比例加入热有机溶剂搅拌溶解后，离心或过滤除去杂质，蒸馏回收有机溶剂后得到高纯木素，分子量＞1000以上，纯度＞60％以上，玻璃化温度＞100℃；第二步，配料按重量份配比取高纯木素30～80、水溶性高分子10～40、引发剂2～10、交联剂2～10、水100～200、发泡剂1～5；第三步，反应除发泡剂外，将上述配料在反应釜中于60～180℃下活化、接枝、共聚、交联反应1～10小时，第四步，发泡反应物蒸发浓缩和喷雾干燥后，加入发泡剂在高速混合机中混匀，即环境友好的木素高吸水树脂。
8.根据权利要求7所述的环境友好的木素高吸水树脂的制备方法，其特征是，所述的有机溶剂主要包括二氧六环、乙酰溴及衍生物；甲醇、乙醇、六氟丙醇等醇类及衍生物；丙酮、丁酮等酮类及衍生物；甲酸、乙酸、丙酸等酸类及衍生物；甲酸乙酯、乙酸乙酯等酯类及衍生物；低级烷烃醇胺及衍生物；氨、氨水等及铵盐类等的单一溶剂或复合溶剂。
全文摘要
本发明涉及一种环境友好的木素高吸水树脂，属含木质素材料的组合物技术领域。其特征在于它的组分重量比为高纯木素30～80、水溶性高分子10～40、引发剂2～10、交联剂2～10、发泡剂1～5、水100～200。它的制备方法包括四个步骤，原料处理、分离提纯高纯木素；按重量份配比将高纯木素、水溶性高分子、引发剂、交联剂等计量；在60～180℃条件下进行活化、接枝、交联、共聚反应；经喷雾干燥后加入发泡剂在高速混合机中混匀，即环境友好的木素高吸水树脂。本发明产品具有优异的吸水、保水和成膜性能，在农林、园艺、石油、化工、环保、建材等领域具有重要的推广应用价值。
文档编号C08L33/00GK1766000SQ20041004089
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月25日 优先权日2004年10月25日
发明者罗学刚, 徐东 申请人:罗学刚