一种高吸水性树脂及其制备方法与用途
【专利摘要】本发明属于高分子材料领域，公开了一种以β-环糊精为缠联剂的淀粉接枝丙烯酸的高吸水性树脂及其制备方法与用途。本发明所述高吸水性树脂由淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物和环糊精组成，所述淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物与所述环糊精通过环糊精空洞结构内部的疏水区与丙烯酸中的羧基形成的氢键连接。本发明所述高吸水性树脂一方面通过淀粉链和β-环糊精上的亲水基团，可以吸附结合肥料小分子，另一方面由于高吸水性树脂交联度低，内部空隙大，可以吸附结合更多水分子和肥料小分子。实验结果表明本发明所述高吸水性树脂吸附水分和肥料的能力明显提高。本发明所述制备方法操作简单，成本低廉，绿色环保，具有很高的应用价值。
【专利说明】一种高吸水性树脂及其制备方法与用途
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高吸水性树脂及其制备方法与用途， 尤其是涉及一种以3-环糊精为缠联剂的淀粉接枝丙烯酸的高吸水性树脂及其制备方法 与用途。
【背景技术】
[0002] 高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料，具有亲水基团，它能够吸收自身重 量几百乃至上千倍的水分，无毒，无害，无污染；吸保水能力强，可反复释水、吸水，对一些肥 料也有一定程度的吸附结合作用。最早在1961年由美国农业部北方研究所从淀粉接枝丙 烯腈开始研究，1975年，美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直 到1978年才由日本的三洋化成工业公司率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一 次性尿布，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们的重视。20世纪70年代 末，美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型的高吸水性树脂，其 吸水能力高达2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物的大门。随后世界各国对 高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量的研究工作， 并取得了一系列的研究成果。目前全球高吸水性树脂的生产和需求几乎都呈直线上升趋 势。
[0003] 我国从上世纪80年代才开始研制高吸水性树脂。1982年，中科院化学研究所的 黄美玉等在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂。在80年代后期，由20多个单位 与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类的高吸水性树脂，建成国内第一套l〇〇t/a的 生产装置。1985年，北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂的专利，到2006年底， 我国已申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙 烯醇衍生物等高吸水性树脂方面。上世纪90年代末，我国已将高吸水性树脂在农业领域的 应用列为重大科技推广项目。吉林省开展的移植苗木研究、黑龙江省开展的种子培育研究 均取得了可喜的成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，中国科学院兰州 化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等单位也开展了高吸水性树脂的研究工作，开发 出一系列新型有机-无机复合材料、可生物降解高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树 月旨，并成功地应用于西北的干旱土壤改良、油田堵水等工作。高吸水性树脂在我国有着巨大 的市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，目前我国所需的高吸水聚 合物大部分仍需要进口。如何加强高吸水性树脂吸水理论的研究，并开发出性能良好、价格 低廉的产品，这些都需要研究者们做进一步的努力。
[0004] 高吸水性树脂以其优异的吸水特性，有着非常广泛的应用。但目前主要集中于个 人卫生用品和医用材料方面。而在农业领域，高吸水性树脂除了需要保持水分外还需要兼 具保持肥料。目前高吸水性树脂保肥保水材料的合成均添加缠联剂进行化学交联，交联度 高，内部空间结构紧密，吸附保持肥料能力有限。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种以P-环糊精为缠联剂的淀粉接枝丙烯酸 的高吸水性树脂及其制备方法与用途。本发明所述高吸水性树脂内部空隙大，可以吸附结 合更多的肥料小分子，在保水的同时能很好的保持肥料。本发明所述高吸水性树脂的制备 方法操作简单，成本低，对环境友好。
[0006] 本发明所述高吸水性树脂，由淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物和环糊精组成，所 述淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物与所述环糊精通过环糊精空洞结构内部的疏水区与丙 烯酸中的羧基形成的氢键连接。
[0007] 在一些实施方案中，所述淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物具有式I所示结构，
[0008]
[0009]
【权利要求】
1. 一种高吸水性树脂，由淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物和环糊精组成，所述淀粉与 丙烯酸单体的接枝聚合物与所述环糊精通过环糊精空洞结构内部的疏水区与丙烯酸中的 羧基形成的氢键连接。
2. 根据权利要求1所述高吸水性树脂，所述淀粉与丙烯酸单体的接枝聚合物具有式I 所示结构，
其中，_是淀粉链；X为聚合物接枝侧链上丙烯酸钠单体的数量，y为聚合物接枝侧链 上丙烯酸单体的数量。
3. 根据权利要求1或2所述高吸水性树脂，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀 粉、小麦淀粉或大豆淀粉。
4. 根据权利要求1-3任意一项所述高吸水性树脂，所述环糊精为α-环糊精、β-环糊 精或Y-环糊精。
5. -种权利要求1所述高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤： a、 将淀粉与环糊精加水混合均匀，在惰性气体保护下，加碱液进行糊化； b、 向丙烯酸中滴加碱液中和得到丙烯酸/丙烯酸盐混合溶液； c、 在惰性气体保护下，将步骤a得到糊化的淀粉、步骤b得到丙烯酸/丙烯酸盐混合溶 液与引发剂混合均匀，升温至50°C-55°C并保持2小时，加入无水乙醇收集白色粘性沉淀； 其中步骤a和步骤b不分先后顺序。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，步骤a所述碱液浓度为0.lmol/L-lmol/L。
7. 根据权利要求5或6所述的制备方法，步骤a或步骤b所述碱液为氢氧化钠或氢氧 化钾。
8. 根据权利要求5-7任意一项所述的制备方法，步骤b所述中和的中和度为 50% -70%。
9. 根据权利要求5-8任意一项所述的制备方法，步骤c所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸 铵或硝酸铵中的一种与亚硫酸氢钠组成的混合物。
10. 权利要求1所述高吸水性树脂作为肥料添加剂的用途。
【文档编号】C08L51/02GK104448660SQ201410820764
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】王永国, 钱家盛, 陈天河, 龚岳, 龚有初, 苗继武, 徐汝民 申请人:安徽帝元生物科技有限公司