专利名称：利用秸秆制备保水剂的方法
技术领域：
本发明属于保水剂技术领域，特别涉及一种利用农作物秸秆经蒸汽爆破后与丙烯酸接枝制备低成本，可降解保水剂的方法。
背景技术：
保水剂是一种吸水性很强的新型高分子聚合物，具有吸水性、保水性、有效持续性 (吸水一释水一干燥一再吸水)等特点，因此已被广泛地应用于农业、园林、建筑、涂料、石油化工及卫生材料等方面，尤其是在农业上成为继化肥、农药、薄膜之后第四大农用化学品。近年来利用保水剂改善土壤结构和提高作物水肥利用效率，是化学节水技术的重要方式。目前，已有的保水剂种类很多，有淀粉系列、纤维素系列、合成聚合物类、蛋白质系列及其不同类别的保水剂的混合物。淀粉接枝共聚生产的保水剂吸水和保水率高，但需要解决降低成本和耐盐碱性差、凝胶强度低、使用寿命短以及减少在应用中霉变等方面的难题。合成聚合物系保水剂反应易于实现且吸水率较高，但不易被生物降解，易造成土壤板结，而且成本较高。纤维素高吸水性树脂的吸水量稍低，但其耐盐性好，其PH值易调节，具有重要的环保意义和经济价值。农作物秸秆是最丰富的纤维素资源，近年来，以农作物秸秆为资源制备保水剂已成为新的高吸水性材料研究开发的热点。已公开的发明专利，申请号200810010879. 2，专利名称为《一种土壤保水剂及其制备方法》，该专利的技术是将玉米秸秆碱化处理并经氯乙酸醚化改性后与丙烯酸钠接枝制备的保水剂。再如本行业的业类技术人员王存国等利用棉花秆、麦秆和玉米秆粉碎至200目与丙烯酸接枝共聚制备的保水剂，具有较高吸水率；(可参考文献《麦秸秆纤维素与丙烯酸接枝共聚制备耐盐性吸水树脂的研究》，<应用化工>，2007年，36-12，)。姚新建等将棉花秆碱化、漂白后与丙烯酸接枝制备的保水剂；(可参考文献《棉花秆制取吸水性树脂的研究》， <粮油加工>，2009年，第05期；及其《玉米秆制取吸水树脂的研究》，核心期刊一< 山西化工>，2008年，第05期)。郭焱等将小麦秸秆进行碱蒸煮、酸解预处理后与丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚合成的保水剂；(可参考文献《小麦秸秆制备农用高吸水性树脂》，<精细化工 >，2006年，第23卷，第04期，)。以上保水剂均具有较好的吸水倍率，但是在工艺推广至工业化生产上仍存在以下不足①、制备方法中应用的丙烯酸与秸秆质量之比为8:1或最低6:1，由于丙烯酸价格近几年随石油价格不断攀升，丙烯酸用量过多就会增高生产成本； ②、秸秆先经过化学处理再制备保水剂，不仅增加生产成本，造成环境污染，而且工艺过程复杂；③、利用秸秆接枝制备保水剂在接枝反应过程中均呈凝胶状，粘度大以至无法搅拌， 在反应罐中无法进行，不能应用于工业化生产。目前，工业化生产保水剂以合成系列为主，成本高、有效持续性短、凝胶强度低和不可降解性是直接影响保水剂广泛应用的主要因素，而利用秸秆纤维素制备保水剂实验研究较多，但工业化生产尚不成熟。
发明内容
基于上述现有技术存在的缺陷，本发明经试验设计提供一种利用农作物秸秆可制备低成本，降解性高的保水剂的方法，其制备的保水剂不仅保水性能良好，而且制备方法简单，成本低廉，环保无污染，适合中小企业生产应用。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种利用秸秆制备保水剂的方法，该方法包括如下步骤
A、蒸汽爆破预处理将农作物秸秆去尘后，铡切成2 5厘米
碎块，再对秸秆进行蒸汽爆破，条件为物料密度150Kg/m3，压力0. 8 2. 8个大气压，保压时间60 240秒汽爆，汽爆后秸秆粉末加入水充分搅拌后压滤，滤渣为汽爆处理后秸秆粉料；
B、丙烯酸钠溶液制备将Imol丙烯酸中添加入0.65 0. 75mol 氢氧化钠中和，制备中和度为65-75%丙烯酸钠溶液；
C、保水剂制备将汽爆后秸秆粉料加水进行调浆，搅拌均勻后，将温度升温至糊化温度为60 90°C，糊化时间为30 60分钟，待温度降至60 80°C后，按照秸秆粉料与丙烯酸质量比为1 1. 5 3缓慢加入中和度为65 75%丙烯酸钠溶液，混合均勻后添加入引发剂， 添加量为丙烯酸质量的3 8%，再添加入交联剂，添加量为丙烯酸质量的0. 3 1%，秸秆与丙烯酸接枝聚合反应，温度为60 80°C，反应时间30 90分钟，制得保水剂浆液；
D、洗涤、干燥、筛分、包装将步骤C所得保水剂浆液用泵排至洗涤池用乙醇进行洗涤， 然后进行干燥、筛分、包装，得到保水剂成品。所述步骤C中添加的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；添加的交联剂为N，N-亚甲
基双丙烯酰胺。所述步骤A中农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆等。本发明的有益效果是
⑴、本发明采用对农作物秸秆进行蒸汽爆破预处理的技术，增强了秸秆纤维素活性，提高了秸秆纤维素与丙烯酸接枝反映效率；蒸汽爆破技术是一种新型无污染和节能的木质纤维素预处理方法，通过蒸汽爆破处理秸秆，将大部分半纤维素降解为还原糖，完成秸秆木质素和纤维素解离，同时破坏纤维素内容的氢键，使纤维素露出更多的活性羟基，为提高接枝聚合反应效率奠定基础；同时相对于传统的机械粉碎方法，蒸汽爆破法在物料同样的尺寸下可以节省70 %的能耗。⑵、本发明农作物秸秆经蒸汽爆破预处理后，秸秆纤维素可活化羟基，增多基础上优化工艺条件，生产工艺中加大秸秆用量，降低丙烯酸用量，使丙烯酸与秸秆质量比下降至 1.5 3:1，有效降低了生产成本。⑶、本发明制备方法简单合理，接枝反应效率较高、时间短，在整个接枝反应过程中反应液不凝结，仍呈浆液，在反应罐中可充分进行搅拌，有利于工业化生产。⑷、本发明制备的保水剂保水效果好，有效持续性强，凝胶强度高，而且成本低、可降解，是一种环境友好型材料。
具体实施方式
以下提供本发明的具体实施例。实施例1
制备保水剂的方法步骤如下
1、秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5厘米碎块，使用数控立式连
续汽爆机汽爆，在条件为物料密度150 Kg / m3、1.8个大气压、保压时间120秒汽爆， 汽爆后秸秆粉末加入水充分搅拌后压滤，滤渣为汽爆处理后秸秆粉料；
2、将18Kg丙烯酸在冰水浴条件下缓慢加入30%氢氧化钠溶液21.67L，搅拌均勻后冷却室温，制得中和度为65%的丙烯酸钠溶液；
3、将汽爆后秸秆粉料12Kg加入SOKg水调浆，混合均勻后将温度升温至90°C，糊化30 分钟，将温度降至60°C后，搅拌条件下缓慢加入中和度为65%丙烯酸钠溶液，混合均勻后依次加入引发剂过硫酸钾0. 9Kg和0. 09Kg交联剂N，N-2亚甲基双丙烯酰胺，60°C恒温搅拌 1小时，制得保水剂浆液；
4、将保水剂浆液用泵排至洗涤池用乙醇进行洗涤，干燥并粉碎；产品色泽为米黄色，每克吸蒸馏水^Oml,每克吸0. 9%NaCl溶液34. 7ml，在室温条件下28天后仍然持有56%的水分，具有良好的保水效果。实施例2
制备保水剂的方法步骤如下
1、秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5厘米碎块，使用数控立式连续汽爆机汽爆，在条件为物料密度150 Kg / m3、2. 2个大气压、保压时间90秒汽爆，汽爆后秸秆粉末加入水充分搅拌后压滤，滤渣为汽爆处理后秸秆粉料；
2、将36Kg丙烯酸在冰水浴条件下缓慢加入30%氢氧化钠溶液46.6L，搅拌均勻后冷却至室温，制得中和度为70%的丙烯酸钠溶液；
3、将汽爆后秸秆粉料12Kg加入120Kg水调浆，混合均勻后将温度升温至90°C，糊化30 分钟，将温度降至70°C后，搅拌条件下缓慢加入中和度为70%丙烯酸钠溶液，混合均勻后依次加入引发剂过硫酸钾1. OSKg和0. ^Kg交联剂N，N-2亚甲基双丙烯酰胺，70°C恒温搅拌 1小时，制得保水剂浆液；
4、将保水剂浆液用泵排至洗涤池用乙醇进行洗涤，干燥并粉碎；产品色泽为米黄色，每克吸蒸馏水568ml，每克吸0. 9%NaCl溶液61ml，在室温条件下28天后仍然持有68%的水分， 具有良好的保水效果。实施例3
制备保水剂的方法步骤如下
1、秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5厘米碎块，使用数控立式连续汽爆机汽爆，在条件为物料密度150 Kg/m3、2. 8个大气压、保压时间60秒汽爆，汽爆后秸秆粉末加入水充分搅拌后压滤，滤渣为汽爆处理后秸秆粉料；
2、将MKg丙烯酸在冰水浴条件下缓慢加入30%氢氧化钠溶液33.3L，搅拌均勻后冷却至室温，制得中和度为75%的丙烯酸钠溶液；
3、将汽爆后秸秆粉料12Kg加入IOOKg水调浆，混合均勻后将温度升温至90°C，糊化30 分钟，将温度降至80°C后，搅拌条件下缓慢加入中和度为75%丙烯酸钠溶液，混合均勻后依次加入引发剂过硫酸铵0. 92Kg和0. 6Kg交联剂N，N-2亚甲基双丙烯酰胺，75°C恒温搅拌1小时，制得保水剂浆液；
4、将保水剂浆液用泵排至洗涤池用乙醇进行洗涤，干燥并粉碎；产品色泽为米黄色，每克吸蒸馏水53^11，每克吸0. 9%NaCl溶液55. 9ml,
在室温条件下28天后仍然持有42%的水分，具有良好的保水效果。
权利要求
1. 一种利用秸秆制备保水剂的方法，其特征在于该方法包括以下步骤A、蒸汽爆破预处理将农作物秸秆去尘后，铡切成2 5厘米碎块，再对秸秆进行蒸汽爆破，条件为物料密度150Kg/m3，压力0. 8 2. 8个大气压，保压时间60 240秒汽爆，汽爆后秸秆粉末加入水充分搅拌后压滤，滤渣为汽爆处理后秸秆粉料；B、丙烯酸钠溶液制备将Imol丙烯酸中添加入0.65 0. 75mol氢氧化钠中和，制备中和度为65-75%丙烯酸钠溶液；C、保水剂制备将汽爆后秸秆粉料加水进行调浆，搅拌均勻后，将温度升温至糊化温度为60 90°C，糊化时间为30 60分钟，待温度降至60 80°C后，按照秸秆粉料与丙烯酸质量比为1:1. 5 3缓慢加入中和度为65-75%丙烯酸钠溶液，混合均勻后添加入引发剂， 添加量为丙烯酸质量的3 8%，再添加入交联剂，添加量为丙烯酸质量的0. 3 1%，秸秆与丙烯酸接枝聚合反应，温度为60 80°C，反应时间30 90分钟，制得保水剂浆液；D、洗涤、干燥、筛分、包装将步骤C所得保水剂浆液用泵排至洗涤池用乙醇进行洗涤， 然后进行干燥、筛分、包装，得到保水剂成品。
2.根据权利要求1所述的利用秸秆制备保水剂的方法，其特征在于所述步骤C中添加的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；添加的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的利用秸秆制备保水剂的方法，其特征在于所述步骤A中农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆。
全文摘要
本发明公开了一种利用农作物秸秆制备保水剂的方法，其步骤为农作物秸秆经蒸汽爆破处理，汽爆后秸秆加水搅拌、压滤，滤渣为汽爆后秸秆粉料；汽爆后秸秆粉料加水调浆、糊化，待温度降至反应温度后，缓慢加入中和度为65-75%丙烯酸钠溶液混合均匀，依次添加引发剂与交联剂，通过接枝共聚、交联后获得接枝纤维素，制备出低成本、可降解的保水剂；在汽爆后秸秆纤维素可活化羟基增多基础上优化工艺条件，降低丙烯酸用量，其制备方法简便，大大降低了保水剂生产成本，可实现工业化生产；而且所制备的保水剂保水效果好、成本低、可降解，是一种环境友好型材料，具有良好的应用前景。
文档编号C08F251/02GK102181011SQ201110087868
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者吉启荣, 田映良, 袁明山, 郝军元 申请人:甘肃圣大方舟马铃薯变性淀粉有限公司