专利名称：淀粉基有机－无机复合保水剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种淀粉基有机-无机复合保水剂及其制备方法。
背景技术：
保水剂在很多领域得到了应用，但是目前应用的保水剂成本较高，且耐盐碱性较差，限制了其在农林、园艺等方面的广泛应用。目前保水剂按原料来源来分主要有淀粉类、纤维素类和丙烯酸类等三大类。淀粉类保水剂一般具有较高的吸水率，但其缺点是耐盐碱性较差，凝胶强度差，在实际应用中使用寿命较短。中国专利CN1359974采用丙烯酰胺和丙烯酸钾共聚，复合添加剂为高岭土和膨润土，制备出高吸水性复合树脂P(AM-KAA)KB，但其缺点是复合树脂中无机添加剂是结附在聚合物的网络结构中，其凝胶强度显然要比无机填料与有机单体以接枝共聚的方式存在的复合材料的凝胶强度弱。中国科学院兰州化学物理研究所选用具有耐盐性的廉价无机粘土—凹凸棒分别与丙烯酸、丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚制备了新型的有机—无机复合保水剂(中国专利，申请号03120346.9)，其在蒸馏水以及生理盐水中的吸水率得到大大提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高吸水性能尤其成本较低的有机-无机复合保水剂及其制备方法。
本发明通过以下措施来实现为了进一步降低成本，我们选用了廉价的可生物降解的天然高分子—淀粉与丙烯酰胺/凹凸棒共聚，以期使吸水材料在进一步降低成本和提高复合吸水材料综合性能方面有所改善。
采用廉价的凹凸棒土、淀粉和丙烯酰胺作为复合保水剂的主要原料，添加引发剂和交联剂，在水溶液中经接枝共聚、交联、碱水解、洗涤、干燥、粉碎、过筛等工序制成复合型保水剂。
淀粉是一种亲水性天然高分子，用它作为制备高吸水性聚合物的原料，具有低成本和可生物降解的优点。凹凸棒土是一种链层结构的镁铝硅酸盐矿物，在我国储量丰富，价格低廉。酸化凹凸棒土表面存在大量的亲水性硅羟基，不但可以与烯类单体(如丙烯酰胺等)有效的接枝共聚制备复合保水材料，而且能增强复合吸水剂的凝胶强度，形成具有高吸水性能的有机-无机复合吸水剂。同时凹凸棒链层中有多种作物所需的微量元素如钾、铁等，应用于农、林业时，不但可以发挥保水剂所固有的作用，而且可以起到营养的作用。
一种有机-无机复合保水剂，其特征在于保水剂的原料的重量份数为丙烯酰胺100份，淀粉20-100份，凹凸棒土20-60份，引发剂0.5-2.0份，交联剂0.02-0.5份；交联剂选自甲醛或者N，N′亚甲基双丙烯酰胺；引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵或者过硫酸钾。
本发明所述的淀粉我们选自玉米淀粉或马铃薯淀粉。
一种有机-无机复合保水剂的制备方法，其特征在于按照重量份数称取丙烯酰胺100份，淀粉20-100份，凹凸棒土20-60份，引发剂0.5-2.0份，交联剂0.02-0.5份，将凹凸棒土先进行酸化处理并粉碎；淀粉加入水在50-100℃下糊化20分钟-1小时，然后加入凹凸棒、丙烯酰胺、交联剂和引发剂，升温至40-90℃反应3-5小时后，然后加入碱液升温至90-100℃进行水解反应1-3小时，反应产物经洗涤、干燥后粉碎。
我们采用的凹凸棒土是从天然矿石中采选而得，粒径为0.05mm以下。
凹凸棒土进行酸化处理过程中，我们采用硫酸或者盐酸。
水解反应过程中，使用的碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
与现有技术相比，本发明具有以下优点由于使用了廉价的凹凸棒土和淀粉，使复合保水剂同时具有低成本和可生物降解的优点。该复合保水剂具有较高的吸水和盐水率。其干物吸收蒸馏水的质量倍数为500-1500，吸收0.9％NaCl溶液的质量倍数为60-100。复合保水剂制备工艺简单，便于大规模生产。凹凸棒土中有多种微量元素，可供作物吸收。该复合保水剂在完全失效后，凹凸棒土还可增强土壤团粒结构，有效的防止土壤板结。同时，淀粉可完全生物降解，不会对土壤造成污染。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1将天然的凹凸棒土用盐酸浸泡24小时后，120℃烘至恒重，粉碎后备用。将1.2克玉米淀粉与蒸馏水的混合物在95℃下糊化30分钟后，降温至40℃，剧烈搅拌下加入0.5克凹凸棒土、3.5克丙烯酰胺、0.05克引发剂、0.0016克交联剂和20mL蒸馏水的混合物，升温至50-70℃并保持3-5小时。然后升温至95℃，加入5M的氢氧化钠溶液4mL，保持1小时。将产物在70℃下烘至恒重，粉碎，过40目网筛。产品每克吸蒸馏水831克，吸0.9％NaCl溶液65克，色泽为淡黄色。
实施例2将天然的凹凸棒土用盐酸浸泡24小时后，120℃烘至恒重，粉碎后备用。将1.2克玉米淀粉与蒸馏水的混合物在95℃下糊化50分钟后，降温至40℃，剧烈搅拌下加入0.5克凹凸棒土、3.5克丙烯酰胺、0.08克引发剂、0.0011克交联剂和30mL蒸馏水的混合物，升温至50-70℃并保持3-5小时。然后升温至95℃，加入5M的氢氧化钾溶液4mL，保持1小时。将产物在70℃下烘至恒重，粉碎，过40目网筛。产品每克吸蒸馏水1121克，吸0.9％NaCl溶液92克，色泽为淡黄色。
实施例3将天然的凹凸棒土用盐酸浸泡24小时后，120℃烘至恒重，粉碎后备用。将1.2克马铃薯淀粉与蒸馏水的混合物在95℃下糊化30分钟后，降温至40℃，剧烈搅拌下加入1.2克凹凸棒土、3.5克丙烯酰胺、0.09克引发剂、0.0012克交联剂和40mL蒸馏水的混合物，升温至50-70℃并保持3-5小时。然后升温至95℃，加入5M的氢氧化钾溶液4mL，保持1小时。将产物在70℃下烘至恒重，粉碎，过40目网筛。产品每克吸蒸馏水1318克，吸0.9％NaCl溶液95克，色泽为淡黄色。
实施例4将天然的凹凸棒土用盐酸浸泡24小时后，120℃烘至恒重，粉碎后备用。将1.2克马铃薯淀粉与蒸馏水的混合物在95℃下糊化30分钟后，降温至40℃，剧烈搅拌下加入3.2克凹凸棒土、3.5克丙烯酰胺、0.12克引发剂、0.0016克交联剂和40mL蒸馏水的混合物，升温至50-70℃并保持3-5小时。然后升温至95℃，加入5M的氢氧化钾溶液4mL，保持1小时。将产物在70℃下烘至恒重，粉碎，过40目网筛。产品每克吸蒸馏水1076克，吸0.9％NaCl溶液81克，色泽为淡黄色。
权利要求
1.一种有机-无机复合保水剂，其特征在于保水剂的原料的重量份数为丙烯酰胺100份，淀粉20-100份，凹凸棒土20-60份，引发剂0.5-2.0份，交联剂0.02-0.5份；交联剂选自甲醛或者N，N′亚甲基双丙烯酰胺；引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵或者过硫酸钾。
2.如权利要求1所述的保水剂，其特征在于淀粉为玉米淀粉或马铃薯淀粉。
3.如权利要求1所述保水剂的制备方法，其特征在于按照重量份数称取丙烯酰胺100份，淀粉20-100份，凹凸棒土20-60份，引发剂0.5-2.0份，交联剂0.02-0.5份，将凹凸棒土先进行酸化处理并粉碎；淀粉加入水在50-100℃下糊化20分钟-1小时，然后加入凹凸棒、丙烯酰胺、交联剂和引发剂，升温至40-90℃反应3-5小时后，然后加入碱液升温至90-100℃进行水解反应1-3小时，反应产物经洗涤、干燥后粉碎。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于凹凸棒土是从天然矿石中采选而得，粒径为0.05mm以下。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于凹凸棒土进行酸化处理过程中，采用硫酸或者盐酸。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于水解反应过程中，使用的碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
全文摘要
本发明公开了一种淀粉基有机－无机复合保水剂及其制备方法。它是用淀粉与丙烯酰胺和凹凸棒土在引发剂的存在下，经接枝共聚而制成的保水剂。对蒸馏水的吸水倍数为500－1500，对0.9％NaCl溶液的吸收倍数为60－100。本发明的优点在于吸水剂的成本大大降低，具有良好的生物降解性能，可在西部高盐碱土壤和干旱、半干旱地区的农、林业以及其它领域得到应用。
文档编号C08L51/02GK1631970SQ20031012106
公开日2005年6月29日 申请日期2003年12月24日 优先权日2003年12月24日
发明者王爱勤, 李安, 汪琴 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所