专利名称：膨润土－高分子复合材料制备方法
技术领域：
本发明涉及一种农用矿物质的改性技术，尤其是膨润土的改性材料的制备。
由于人们对环境问题的日益关注，在节水、节肥、防止水土流失、防止施肥引起的污染方面采取了很多措施，农艺措施是诸多措施中最有效的措施之一。在农艺措施中，使用缓释肥是一种节省肥料、减少肥料污染的有效措施，使用保水剂是节约用水，防止水土流失的有效措施。目前缓释肥、保水剂的品种较多，且有些品种技术成熟、效果良好，但由于成本较高，大面积推广仍有较大困难，只能在园林、苗圃及一些特殊需要的场合使用。传统农用矿物如膨润土、沸石、海泡石等，也具有一定的保水保肥功能，且我国贮量大，资源丰富，价格低廉，如果进一步提高其吸水性和离子交换性能，则具有更广阔的应用前景。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成份的粘土岩，它可以作饲料添加剂、土壤改良剂、肥料添加剂等，但由于钙基膨润土的吸水和离子交换性能相对较弱，用作土壤改良剂或肥料添加剂的效果不理想，推广应用受到限制。钙基膨润土的钠化能提高其吸水性，但同时提高了其盐碱性，不适合于在土壤中长期使用。因此，通过膨润土的改性提高其吸水性是研究之宗旨。
本发明目的是提供一种吸水性强，具有水肥调控功能的膨润土-高分子材料，是用水溶高分子改性膨润土，使作为矿物主要成份的蒙脱石层间距加大，充分发挥蒙脱石巨大表面积的作用，提高矿物膨润土的性能；并采用凝胶-固相反应，反应在较少水分的情况下完成，减少干燥过程中的水分蒸发量，节省能源；提高产品性能价格比，便于推广使用。
本发明任务是这样实现的将水加入水溶性高分子物质中，使水溶性高分子物质吸水成为凝胶，于凝胶中加入膨润土，拌合后用双辊炼胶机混炼至混合物不粘辊。将混炼产物烘干到含水量＜5％，粉碎至粒度20目以下即为膨润土-高分子复合材料。上述所说双辊炼胶机为塑料加工机械，不用加热装置，双辊间距调至约0.5mm。膨润土与水与水溶性高分子物质混合质量比为100∶10～20∶1～8。上述所说的膨润土的具体要求是蒙脱石含量≥50％，粒度100目以下，水分含量≤12％，其作用是作为插层复合材料的基体。上述水溶性高分子物质是指聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、甲壳胺类物质及其混合物，其作用是作为插层复合材料的插入体。
具体说明膨润土的主要矿物成份是蒙脱石，次要矿物包括伊利石、绿泥石和高岭石等粘土矿物和沸石、方石英等非粘土矿物。蒙脱石属2∶1型层状硅铝酸盐，由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成鳞片结构单元层。蒙脱石的分子结构使它具有高的比表面积和表面能，对某些阳离子、极性分子有较强的吸附、桥联、络合等作用。水溶性高分物质是一类亲水性强的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。若将水溶性高分子部分交联可制备吸水剂，在农业应用中称为保水剂。本发明用凝胶-固相反应的方法使水溶性高分子进入蒙脱石层间后，水溶性高分子与蒙脱石层间表面作用，使水溶性高分子具有类似部分交联产物的性能，因而复合材料的吸水性增强。
下面为实验结果将膨润土，浅灰色，蒙脱石含量为60％与分子量为300～600万聚丙烯酰胺和水按30∶1∶5的比例混合，在双辊炼胶机上混炼至产物变脆，不粘辊。将样品于105℃烘干3h，研磨至20目即得干样品。
吸水性能的测定称取2.00g干样品放入用300目尼龙网制成的尼龙袋内，用塑料封口机封口，浸入盛有自来水的烧杯中。24h后样品已充分吸水，取出尼龙袋和其中的样品，沥干10min至无滴水，称重，由吸水量和干样品量计算吸水率。由于双辊炼胶机能提供巨大的剪切力，不仅能使混合物均匀混合，而且对膨润土有剥片作用，并造成温度上升，对高分子进入膨润土层间有促进作用。为显示混炼的作用，在开始混炼后的5，10，15min时取样品，并用手持式激光测温仪测定由炼胶机挤出的片状样品的表面温度。片状样品经烘干、称重，计算样品含水量(湿基)。将烘干后的样品磨碎至20目后测吸水性。结果如表1。
混炼时间/min 表面温度/℃ 含水率/％ 吸水量/g 吸水率/％对照 -- 3.50 1755 25 21.04 4.60 2301050 19.45 4.94 2471569 11.69 6.71 330表1从表1中的实验结果表明经混炼处理使样品吸水量增加，特别是15min处理的样品吸水量显著增加。若把总吸水量中扣除膨润土的吸水量作为高分子物质的吸水量，再用该吸水量与高分子物质加入量的比率作为吸水倍数，则5、10、15min样品对应的吸水倍数分别为18.7、24.0、51.4倍。很明显，原料经混炼后得到的不是简单的混合效果，而是形成了新的复合材料。膨润土具有较强的保水保肥能力，随着复合材料保水能力的加强，保肥能力也会相应增强，具有作为水肥控释材料的潜力。
蒙脱石是层状硅铝酸盐矿物，通常称其晶面间距d001为层间距。通过粉末X射线衍得到的d001值可以直观地反映高分子化合物是否进入层间，或有多少进入层间。以烘干的膨润土原料为对照，结果如表2。膨润土中加高分子材料后，层间距显著增大。混炼时间由5min增至10min，再增至15min，层间距均增加约0.06nm。
混炼时间/min 对照 5 1015d001/nm 1.2001 1.42441.48671.5492表2由于上述作用使复合材料的综合性能提高，产品具有高的性能价格比，可以作为农用水肥调控材料直接施用或作为控释肥的添加剂使用。
优点(1)与原膨润土相比吸水性提高，水肥调控能力得到加强。(2)由于反应过程中用水量少，加工过程中又蒸发掉大部分水分，后序处理中需要蒸发的水分极少，节约能源。(3)由于复合材料的综合性能提高，具有较高的性能价格比，便于推广。
实施例1于40克的聚丙烯酸钠中加入160克的水，待聚丙烯酸钠吸完水形成凝胶状后，加入1000克膨润土，伴合均匀，再用双辊炼胶机混炼15min，将产物在105℃烘干3h，粉碎至20目即为膨润土-高分子复合材料。其中膨润土含蒙脱石80％，水分含量10％，粒度120目；聚丙烯酸钠分子量300～600万。
实施例2于30克的聚丙烯酰胺中加入150克的水，待聚丙烯酰胺吸完水形成凝胶状后，加入1000克膨润土，伴合均匀，再用双辊炼胶机混炼15min，将产物在105℃烘干3h，粉碎至20目即为膨润土-高分子复合材料。其中膨润土含蒙脱石60％，水分含量10％，粒度120目；聚丙烯酰胺分子量300～600万。
权利要求
1. 一种膨润土-高分子复合材料的制备方法，其特征在于将水加入水溶性高分子物质中，使水溶性高分子物质吸水形成凝胶，于凝胶中加入膨润土拌合后，用双辊炼胶机混炼至混合物不粘辊，将混炼物烘干到含水量＜5％，粉碎至粒度20目以下即为产品；膨润土与水与水溶性高分子物质的混合质量比为100∶10～20∶1～8。
2. 根据权利要求1所说的膨润土-高分子复合材料的制备方法，其特征在于所说的水溶性高分子物质为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、甲壳胺类物质及其混合物。
全文摘要
本发明属于农用矿物质的改性技术，将水溶性高分子物质加入到膨润土中，制备膨润土—高分子复合材料，该复合材料由于水溶性高分子物质的加入，使膨润土的主要成分蒙脱石层间距的增大，充分发挥其表面积大的作用，大大提高其吸水性能、制备过程中，采用凝胶—固相反应，反应在较少水分的情况下完成，减少干燥过程中的水分蒸发，节省能源，制备成本低，制备所得的产品比原农用矿物质其综合性能大大提高，利用应用推广。
文档编号C08L33/00GK1397585SQ0211508
公开日2003年2月19日 申请日期2002年4月17日 优先权日2002年4月17日
发明者卢其明, 廖宗文, 陈敏, 冯新 申请人:华南农业大学