专利名称：可生物降解的农用保水材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料领域，涉及一种保水剂，具体涉及一种可生物降解的农用保水材料及其制备方法。
背景技术：
保水材料的应用领域很广泛，尤其是在农业保湿、土壤改良等方面有着优越的应用前景。但是，目前保水材料主要有丙烯酸类、淀粉类和纤维素类等三大类。目前应用最广泛的、生产量最大的是丙烯酸类保水剂，优点是吸水力强，吸水速度快，缺点是不能降解，释放水的能力较差，而且耐盐碱性差。淀粉类保水剂的优点成本较低，生物降解，不污染土壤，但缺点是耐盐碱性差，降解速度过快，使用寿命较短，无法起到缓释的功能。纤维素类保水剂的优点是耐盐碱性好，但缺点是吸水性差。CNlOl 104664A公开了利用丙烯酸和丙烯酰胺共聚制备保水剂的方法。该方法生产的保水剂虽然吸水性更高(脱盐水300-1500倍)，凝胶强度高，耐盐碱性突出，但是其仍然不能生物降解，长期可能会导致土壤板结。CN03120346公开了一种有机-无机复合保水剂及其制备方法，即利用丙烯酸和凹凸棒土混合后在引发剂和交联剂的作用下，60-90°C反应
3-5小时得到保水材料。该保水剂虽然成本低，吸水性较好，但是其不能降解，长期使用会影响土壤的成分，而且反应时间较长，生产效率较低。CN1631970A采用淀粉、凹凸棒土与丙烯酰胺在水溶液中经过共聚、交联、碱水解、洗涤、干燥、粉碎、过筛等工序制得复合型保水剂。该保水剂虽然吸水性较好，也可以降解，但是该生产方法需要对凹凸棒土先 进行盐酸浸泡24小时，再与丙烯酰胺、淀粉等共聚反应
3-5小时，然后再碱洗I小时，最后干燥很久至恒重，该生产方法生产效率过低，而且凹凸棒土为无机填料，长期使用后残留在土壤中会影响土壤的组分。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种可生物降解的农用保水材料，既能生物降解，又能具有优异的凝胶强度，高耐盐碱性，不影响土壤的组分。本发明同时提供一种可生物降解的农用保水材料的制备方法，方法简单，生产高效，成本低廉。本发明所述的可生物降解的农用保水材料，各组分及其组分的重量分数为:生物降解树脂:10-30%、吸水性单体:10-30%、自由基引发剂:0.1-1%、可再生材料:20-60%、多元醇:10-15% 和水:5-10%o生物降解树脂为脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇得到的脂肪族聚酯，脂肪族醇酸化合物得到的脂肪族聚酯或脂肪族二元羧酸、芳香族二元羧酸与脂肪族二元醇得到的半芳香族聚酯。生物降解树脂在生物降解树脂的降解过程中，又可以起到一定的缓释功能。生物降解树脂为聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯(PBSA)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚丁二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯(PBST)、聚丙撑碳酸酯(PPC)、聚乙撑碳酸酯(PEC)或聚羟基烷酸酯系列的一种或多种。聚羟基烷酸酯系列为聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基丁酸-戊酸酯(PHBV)、聚羟基丁酸-己酸酯(PHBHX)或聚3，4-羟基丁酸酯(P3，4-HB))的一种或多种。吸水性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、异丙基丙烯酸、二甲基丙烯酸、羟甲基丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、异丙基丙烯酸钠、二甲基丙烯酸钠、羟甲基丙烯酸钠等、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、双丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺或甲叉双丙烯酰胺的一种或多种。自由基引发剂为可以引发自由基反应的化合物，主要包括过氧化苯甲酰(BP0)、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈(AIBN)、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二叔丁基或二叔丁基过氧化二异丙苯(BIPB)的一种或多种。本发明以生物降解树脂为保水剂的载体，通过加入吸水性单体，利用高效自由基引发剂使得吸水性单体与生物降解树脂发生接枝共聚，从而使得保水材料具有优异的凝胶强度，而且耐盐碱性提高。可再生材料为可以持续发展再生的材料为淀粉、木粉、竹粉、面粉或纤维素的一种或多种。可再生材料的引入不但可以降低成本，也可以进一步提高其吸水性，还可以调节保水剂的降解速度。所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、绿豆淀粉或红薯淀粉的一种或多种。淀粉是一种含葡萄糖单元的天然高分子材料，分子链上大量的羟基使其获得了良好的吸水性。而且淀粉和生物降解树脂降解后对土壤起到一定得增肥作用，且淀粉在使用时不需要干燥。多元醇为含有2个以上羟基的小分子化合物或低分子量聚合物，为液体状，液体状多元醇为乙二醇、丙二醇、 丁二醇、丙三醇、聚乙烯醇(分子量< 500)、聚乙二醇(分子量(500)、木糖醇、山梨醇或甘露醇的一种或多种。由于保水剂中有一定含量的生物降解树月旨，保水剂的吸水性会损失较多，多元醇组分在改善吸水性的同时，还可以起到增塑淀粉，使其获得流动性，从而提高生产效率。本发明的制备方法如下:各种组分在混合机内混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，最后切粒机切粒，粉碎过筛后得到多孔的保水性粒子。挤出温度为120_190°C。双螺杆挤出机能够保证生产的高效率、降低生产成本。利用双螺杆挤出机的高温、高剪切、高效率等特点，不但可以使吸水性单体与生物降解树脂快速的发生接枝反应，而且还可以利用双螺杆挤出机的生产特点，引入水这个组分，水一方面对淀粉等可再生材料有一定的增塑作用。挤出过程无需真空，由于挤出过程中不抽真空，水蒸气可以使得挤出的料条发生无规则的发泡，从而使得保水材料得到一种不规则的、比表面积较大的、多孔的物理吸水结构。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
本发明可生物降解的农用保水材料，具有比表面积较大的、多孔的物理不规则吸水结构，进一步提高了保水剂的吸水性，优异的凝胶强度和高耐盐碱性。且能生物降解，不影响土壤的组分，不会对环境造成污染。本发明制备方法简单，配方易于调整，无需真空，生产高效率，生产稳定性好，成本低廉。
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25份PBS、30份丙烯酸、30份玉米淀粉、10份甘油、5份水和0.3份DCP依次加
入到混合机中混合，混合均匀后放出备用。然后将混合料加入双螺杆挤出机中，在160°C下挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，然后用切粒机切粒，最后粉碎，50目过筛，得到淡黄色多孔的保水性颗粒。每克颗粒可吸收蒸馏水423克。实施例2:将30份PCL、10份丙烯酸钠、40份木粉、15份山梨醇、5份水、0.1份BIPB依次到混合机中混合，混合均匀后放出备用。然后将混合料加入双螺杆挤出机中，在190°C下挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，然后用切粒机切粒，最后粉碎，50目过筛，得到淡黄色多孔的保水性颗粒。每克颗粒可吸收蒸馏水572克。实施例3:将10份PBAT (熔点110_120oC)、20份丙烯酰胺、50份木薯淀粉、10份聚乙二醇(分子量300)、10份水、I份BPO依次到混合机中混合，混合均匀后放出备用。然后将混合料加入双螺杆挤出机中，在140°C下挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，然后用切粒机切粒，最后粉碎，50目过筛，得到淡黄色多孔的保水性颗粒。每克颗粒可吸收蒸馏水586克。实施例4:将27份PLA、28份羟甲基丙烯酸、20份竹粉、15份木糖醇、10份水、0.5份AIBN依次到混合机中混合，混合均匀后放出备用。然后将混合料加入双螺杆挤出机中，在140°C下挤出，料条自然发泡后， 经风冷冷却，然后用切粒机切粒，最后粉碎，50目过筛，得到淡黄色多孔的保水性颗粒。每克颗粒可吸收蒸馏水465克。
权利要求
1.一种可生物降解的农用保水材料，其特征在于，各组分及其组分的重量分数为: 生物降解树脂:10-30%、吸水性单体:10-30%,自由基引发剂:0.1-1%、可再生材料:20-60%、多元醇:10-15% 和水:5-10%o
2.根据权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，生物降解树脂为脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇得到的脂肪族聚酯或脂肪族醇酸化合物得到的脂肪族聚酯或脂肪族二元羧酸、芳香族二元羧酸与脂肪族二元醇得到的半芳香族聚酯。
3.根据权利要求1或2所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，生物降解树脂为聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯、聚乳酸、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯、聚己内酯、聚乙醇酸、聚丁二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯、聚丙撑碳酸酯、聚乙撑碳酸酯或聚羟基烷酸酯系列的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，聚羟基烷酸酯系列为聚羟基丁酸酯、聚羟基丁酸-戊酸酯、聚羟基丁酸-己酸酯或聚3，4-羟基丁酸酯的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，吸水性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、异丙基丙烯酸、二甲基丙烯酸、羟甲基丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、异丙基丙烯酸钠、二甲基丙烯酸钠、羟甲基丙烯酸钠、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、双丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺或甲叉双丙烯酰胺的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，自由基引发剂为氧化苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基或二叔丁基过氧化二异丙苯的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，可再生材料为淀粉、木粉、竹粉、面粉或纤维素的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料，其特征在于，多元醇为液体状，液体状多元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、分子量< 500的聚乙烯醇、分子量< 500的聚乙二醇、木糖醇、山梨醇或甘露醇的一种或多种。
9.一种权利要求1所述的可生物降解的农用保水材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: 各种组分在混合机内混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，最后切粒机切粒，粉碎过筛后得到多孔的保水性粒子。
10.根据权利9所述的可生物降解的农用保水材料的制备方法，其特征在于，挤出温度为 120-190°C。
全文摘要
本发明涉及一种可生物降解的农用保水材料及其制备方法，各组分及其组分的重量分数为生物降解树脂10-30%、吸水性单体10-30%、自由基引发剂0.1-1%、可再生材料20-60%、多元醇10-15%和水5-10%。制备步骤为各种组分在混合机内混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中挤出，料条自然发泡后，经风冷冷却，最后切粒机切粒，粉碎过筛后得到多孔的保水性粒子。本发明新型的可生物降解的保水剂，既能生物降解，不影响土壤的组分，且耐盐碱性高。且制备方法简单，无需真空，生产高效率，成本低廉。
文档编号C08K5/06GK103145931SQ20131009722
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者庞买只, 卢伟, 李宗华 申请人:山东汇盈新材料科技有限公司