专利名称：采用植物秸秆制备复合保水剂的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高吸水性树脂材料的制备，有其涉及 一种采用植物秸秆制备复合保水剂的方法。
背景技术：
保水剂又称高吸水性树脂(Superabsorbent Polymer,简称SAP)，是一种含有亲水 基团并具有三维空间网络结构的强亲水性高聚物，它既不溶于水也不溶于有机溶剂，对生 物组织无刺激作用，且具有可重复使用等优良性能，是一种新型功能的高分子材料。与传 统的吸水材料相比，高吸水性树脂具有很强的吸水性，能够吸收自身重量的几十至几千倍 的水分，即便在加压的条件下，也不易失水或者失水很少，可以缓慢释放水分供植物吸收利 用。由于高吸水性树脂吸水量大、吸水速度快、保水能力强，对光和热的稳定性、能和其他高 分子材料共混等特点，因此广泛用途于农业、林业、土木建筑、食品加工、石油化工及医疗卫 生等多个领域。目前，文献报道的保水剂研究主要集中在淀粉领域，主要为淀粉和聚丙烯酸/聚 丙烯酰胺的原位聚合产物。由于淀粉价格低廉、生物降解性能好，所以具有较好的市场前 景。淀粉保水剂一般具有较高的吸水率(一般是自重的800 1000倍左右)，但是其凝胶 强度差、耐盐碱性差，实际使用的过程中寿命较短。另外，使用淀粉来制备保水剂要消耗大 量的淀粉，对粮食安全造成一定的影响。秸秆是成熟植物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉 花、甘蔗和其它植物在收获籽实后的剩余部分。植物光合作用的产物有一半以上存在于秸 秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，特点 是粗纤维含量高(30% 40%)，具有一定的生物可降解性能。植物秸秆在农村主要处理方 式为焚烧，这样不仅污染了环境，也是对资源的一种极大浪费。因此，采用植物秸秆和丙烯 酰胺等接枝共聚制备复合保水材料，是降低SAP成本、提高SAP性能的一种有效手段。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的缺陷，提供一种采用植物秸秆制备复 合保水剂的方法。本发明采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，依次包括以下工艺步骤(1)将植物秸秆与水以1 5 1 30的质量比混合后，加热至45 95°C，搅拌 15 30mino所述植物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆、向日葵秸秆、花生秸 秆、稻谷秸秆、棉花秸秆、草类秸秆。也可以是树木根茎、树叶、作物枝叶，还可以是稻壳或花生壳。(2)冷却30 75°C，加入植物秸秆质量0. 1 2%的引发剂，搅拌10 30min。所述弓I发剂为过氧化氢、过硫酸铵_亚硫酸氢钠、过硫酸钾、过氧化氢_硫酸亚铁、过硫酸铵或过硫酸钾_硫酸亚铁。(3)加入植物秸秆质量1 15倍的丙烯酰胺、植物秸秆质量20 70%粘土和植 物秸秆质量0. 2 6 %的交联剂，搅拌2 6h。所述粘土为坡缕石粘土、水滑石、黄土或蛭石。所述交联剂为甲醛或N，N-亚甲基双丙烯酰胺。(4)加入植物秸秆质量0. 1 1.0倍、浓度0.5 lmol/L的盐酸溶液，升温至45 950C，皂化反应0. 5 2h ；产物用甲醇水溶液洗涤至pH = 5 7。(5)将产物放入烘箱中，于35 70°C下干燥直至恒重，研磨粉碎，过40 80目筛， 密封包装。本发明制备的高效保水剂性能测试1、吸水性能将保水剂放置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的800 1000倍。2、保水性能将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下(25°C )60d，其保水率仍 然可达自重的500 800倍。3、降解性能采用土埋法测试降解性能。将户外的土壤盛于烧杯中并放于室内， 加相同量的水使土壤潮湿。分别取30个样品，并置于烘箱中烘至恒重，用电子天平称重并 用100目筛包装后，埋入上述土壤中，每天加水10ml，每隔一个月取出试样，放入烘箱烘至 恒重。然后用电子天平称重并记录。最后，计算各试样的失重率，以此来衡量材料的生物降 解程度。结果该保水剂在3年以内可完全降解。4、凝胶强度可达2. 2MPa以上。5、耐盐碱性放置于0. 9%盐水溶液，其吸水率可达自重的300 500倍左右，相 比之下，其耐盐性较好。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明采用来源广泛，价格低廉的可生物降解的秸秆与丙烯酰胺、粘土接枝共 聚得到复合保水剂，有效降低了保水剂的成本，为作物的秸秆的应用寻求了一个新的途径； 同时解决了淀粉保水剂对粮食造成的巨大浪费的问题。2、本发明制备的复合保水剂具有良好的综合性能具有良好的吸水性能、保水性 能和生物完全降解性能，同时还具有较高的凝胶强度和耐盐碱性，进一步提高了保水剂的 储存稳定性、使用性能和使用寿命。3、本发明的制备方法简单，操作方便，环保无污染。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。实施例一(1)将3g玉米秸秆溶于50mL蒸馏水中，在95°C下，加热搅拌30min ；(2)调温至65°C，加入0. Olg过硫酸钾作为引发剂，搅拌30min ；(3)加入4g的丙烯酰胺、Ig坡缕石粘土和0. Ig甲醛，搅拌2h ；(4)加入30mL lmol/L的盐酸溶液，升温至95°C，皂化2h ；产物用甲醇水溶液洗涤 至 PH = 7 ；
4
(5)产物放入烘箱中，于70°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保存。保水剂的性能置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的900倍左右；放置于 0. 9%盐水溶液，其吸水率可达自重的500倍；将吸水饱和后的保水剂放置在空气中，室温 下(25°C ) 60d，其保水率仍然可达自重的750倍。降解周期在1年左右。凝胶强度为2. 4MPa。实施例二(1)将4g大豆秸秆溶于60mL蒸馏水中，在60°C下，加热搅拌15min ；(2)调温至40°C，加入0. 012g过硫酸钾-硫酸亚铁作为引发剂，搅拌20min ；(3)加入12g的丙烯酰胺、2. 6g水滑石和0. 08g甲醛，搅拌Ih ；(4)加入30mL lmol/L的盐酸溶液，升温至60°C，皂化30min ；产物用甲醇水溶液 洗涤至pH = 6 ；(5)产物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保存。保水剂的性能置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的800倍左右，放置于 0. 9%盐水溶液，其吸水率可达自重的450倍；将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下 (25°C)60d，其保水率仍然可达自重的700倍。降解周期在1年左右。凝胶强度为2.2MPa。实施例三(1)将Ig花生壳秸秆溶于SmL蒸馏水中，在50°C下，加热搅拌20min ；(2)调温至40°C，加入0. 016g过硫酸铵-亚硫酸氢钠作为引发剂，搅拌30min ；(3)加入IOg的丙烯酰胺、0. 6g蒙脱土和0. 006gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌2h ；(4)加入30mL lmol/L的盐酸溶液，升温至65°C，皂化Ih ；产物用甲醇水溶液洗涤 至 pH = 5 ；(5)产物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保存。保水剂的性能置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的850倍左右，放置于
0.9%盐水溶液，其吸水率可达自重的480倍；将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下 (250C )60d，其保水率仍然可达自重的750倍；降解周期在1年左右。凝胶强度为2. 26MPa。实施例四(1)将1. 5g稻谷秸秆溶于12mL蒸馏水中，在45°C下，加热搅拌30min ；(2)调温至45°C，加入0. Olg过硫酸钾作为引发剂，搅拌IOmin ；(3)加入6g的丙烯酰胺、0.3g坡缕石粘土和O.Olg N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌
1.5h ；(4)加入15mL lmol/L的盐酸溶液，升温至65°C，皂化2h ；产物用甲醇水溶液洗涤 至 PH = 7 ；(5)产物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保 存保水剂的性能置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的830倍左右，放置于 0. 9%盐水溶液，其吸水率可达自重的360倍；将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下 (25°C)60d，其保水率仍然可达自重的700倍。降解周期在1年左右。凝胶强度为2. 45MPa。
实施例五(1)将0. 7g草类秸秆溶于IOmL蒸馏水中，在65°C下，加热搅拌20min ；(2)调温至35°C，加入0. Olg过氧化氢-硫酸亚铁作为引发剂，搅拌15min ；(3)加入5g的丙烯酰胺、0. 3g黄土和0. 0015g甲醛，搅拌2h ；(4)加入IOmL lmol/L的盐酸溶液，升温至75°C，皂化2h ；产物用甲醇水溶液洗涤 至 PH = 7 ；(5)产物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保存。保水剂的性能置于自来水中24h，其吸水倍率在自重的880倍左右，放置于 0. 9%盐水溶液，其吸水率可达自重的360倍；将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下 (25°C)60d，其保水率仍然可达自重的780倍。降解周期在1年左右。凝胶强度为2. 4MPa。实施例六(1)将2g向日葵秸秆溶于40mL蒸馏水中，在55°C下，加热搅拌30min ；(2)调温至40°C，加入0. OlSg过硫酸铵作为引发剂，搅拌15min ；(3)加入4g的丙烯酰胺、0.6g坡缕石粘土和0.02g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌 2h ；(4)加入25mL lmol/L的盐酸溶液，升温至70°C，皂化2h ；产物用甲醇水溶液洗涤 至 PH = 7 ；(5)产物放入烘箱中，于40°C下干燥，直至恒重，研磨粉碎，过40目筛，密封干燥保 存保水剂的性能置于自来水中24h，吸水倍率在自重的840倍左右，放置于0. 9% 盐水溶液，其吸水率可达自重的480倍；将吸水饱和后的树脂放置在空气中，室温下 (25°C)60d，其保水率仍然可达自重的760倍。降解周期在1年左右。凝胶强度为2. 3MPa。
权利要求
采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，依次包括以下工艺步骤(1)将植物秸秆与水以1∶5～1∶30的质量比混合后，加热至45～95℃，搅拌15～30min；(2)冷却30～75℃，加入植物秸秆质量0.1～2％的引发剂，搅拌10～30min；(3)加入植物秸秆质量1～15倍的丙烯酰胺、植物秸秆质量20～70％粘土和植物秸秆质量0.2～6％的交联剂，搅拌2～6h；(4)加入植物秸秆质量0.1～1.0倍、浓度0.5～1mol/L的盐酸溶液，升温至45～95℃，皂化反应0.5～2h；产物用甲醇水溶液洗涤至pH＝5～7；(5)将洗涤后产物放入烘箱中，于35～70℃下干燥直至恒重，研磨粉碎，过40～80目筛，密封包装。
2.如权利要求1所述采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，其特征在于所述植物秸 秆为树木根茎、树叶、农作物枝叶、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆、向日葵秸秆、 花生秸秆、稻谷秸秆、棉花秸秆、草类秸秆、稻壳或花生壳秸秆。
3.如权利要求1所述采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，其特征在于所述引发剂 为过氧化氢、过硫酸铵_亚硫酸氢钠、过硫酸钾、过氧化氢_硫酸亚铁、过硫酸铵、过硫酸 钾-硫酸亚铁。
4.如权利要求1所述采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，其特征在于所述粘土为 坡缕石粘土、水滑石、黄土或蛭石。
5.如权利要求1所述采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，其特征在于所述交联剂 为甲醛或N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
全文摘要
本发明提供了一种采用植物秸秆制备复合保水剂的方法，属于高分子材料技术领域。本发明以来源广泛、价格低廉的可生物降解植物秸秆为原料，与丙烯酰胺、粘土等接枝共聚，得到具有良好综合性能的复合保水剂，从而有效降低了保水剂的成本，也为植物秸秆的应用寻求了一个新的途径。同时由于复合保水剂还具有较高的凝胶强度和耐盐碱性，进一步提高了保水剂的使用性能和使用寿命。
文档编号C08L51/00GK101914256SQ20101024801
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者常迎, 张哲 , 武战翠, 王忠超, 王荣方, 许剑, 雷自强 申请人:西北师范大学