一种聚丙烯酸系保水剂的制备方法与流程

本发明属于保水剂领域，涉及一种吸水性能好、吸水速率快、制备工艺简单的聚丙烯酸系保水剂的制备方法。

背景技术：

保水剂是一种具有亲水性基团，并形成具有一定交联度的三维网状结构的一类功能高分子材料。它可以被广泛的应用于农林、园艺、成人及儿童卫生用品以及食品保鲜等领域。

目前国际国内保水剂的主要生产方法为乳液聚合法和悬浮聚合法，该方法的特点为采用聚合反应釜，将原料按照特定的配比投入，或利用酸碱中和放出的热，或采用另加热源的方式促进反应的发生，并采用搅拌的方式促进物料流动，强化热量传递，以排除反应中产生的大量的热。虽然在工业上这两种技术都比较成熟，但也存在反应周期长，配方复杂等缺点。

中国专利文件CN105694327A(申请号：201610098126.6)公开了一种新型保水剂，包括高分子吸水树脂，其特征在于所述的高分子吸水树脂由聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、淀粉接枝丙烯酸盐至少其中一种聚合而成。

中国专利文件CN 104449750A(申请号：201410660775.1)公开了一种保水剂及其制备方法，其原材料按质量份数计包括以下组分：丙烯酸10-20份，可溶性纤维素5-15份，玉米淀粉5-15份，丙烯酰胺4-10份，N-羟甲基丙烯酰胺0.1-1份，过硫酸铵0.1-1份，过硫酸钾0.2-1份，水15-30份，质量百分比浓度为30-40％的氢氧化钠溶液45-60份。制备方法包括如下步骤：(A)将可溶性纤维素、所述玉米淀粉以及水混合搅拌均匀(B)加入丙烯酸、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、过硫酸铵以及过硫酸钾混合搅拌均匀(C)取氢氧化钠溶液加入混合搅拌(D)放置使其交联后，冷却、切割、烘干以及粉碎后得到产品。

中国专利文件CN 1279075 A(申请号：200410021026.0)公开了一种树脂型保水剂的制备方法，采用淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺为原料，以过硫酸钾-亚硫酸氢钠形成的氧化还原体系为引发剂，以N，N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂进行三元接枝共聚，具体步骤如下：1)首先将淀粉在反应器中糊化，再用氢氧化钾中和丙烯酸，冷至室温后与丙烯酰胺水溶液一起倒入反应器中与糊化后的淀粉混匀；2)加入引发剂、交联剂，在N₂保护下恒温搅拌，直至聚合反应结束；3)用碱液调节pH至中性，接枝产物经洗涤、过滤、干燥和粉碎后得到白色颗粒状树脂产品。

但是，上述方法均需要加入交联剂和引发剂等有毒有害物质，保水剂在实际应用过程中会对环境造成污染；另一方面，反应时间长，不利于制备效率的提高。

中国专利文件CN105085768A(申请号：201510595250.9)公开了一种电子束辐照加工高性能吸水树脂的方法，包括如下步骤：(1)将待聚合料液快速冷冻。(2)将冷冻后聚合物料置于电子加速器的电子束辐射之下，即得到吸水凝胶；(3)将吸水凝胶高温保持一段时间，再烘干、粉碎、筛选，即得到半成品颗粒；(4)将半成品颗粒进行表面交联处理，即成为高性能吸水树脂成品。但是，该方法需要将待聚合的单体物料经过较长时间的低温冷冻和高温保存，生产时间长，耗能大。

中国专利文件CN 104356256 A(申请号：201410684159.X)公开了一种电子束辐照喷淋法合成高性能吸水树脂的方法，包括如下步骤：(1)将20～80重量份聚合单体、0.02～5重量份次单体、0.001～1重量份交联剂、0.01～5重量其他助剂加入混合釜中，混合均匀，得到待聚合料液；(2)将步骤(1)中的待聚合料液通过压力输送的雾化设备转化成雾状的液滴，通过电子束辐射后瞬间聚合成凝胶颗粒；(3)将凝胶颗粒烘干，即得到半成品颗粒；(4)将半成品颗粒进行表面交联处理，即成为高性能吸水树脂。尽管该方法使用的电子束辐照喷淋法反应速度较快，但是由于整个过程中需要对许多的参数进行协调以取得较好效果，如料液流速、辐照剂量、设备气流流量等，因而工艺难度较大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚丙烯酸系保水剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚丙烯酸系保水剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)向丙烯酸单体中加入氢氧化钠溶液，至丙烯酸单体的中和度为60-90％，搅拌均匀，得混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物进行电子束辐射，得聚合物；

(3)洗涤除去聚合物中未反应的单体和低聚物，然后干燥，粉碎，即得聚丙烯酸系保水剂。

根据本发明，优选的，步骤(1)中向丙烯酸单体中加入氢氧化钠溶液并搅拌均匀后，自然冷却，再加入丙烯酰胺或预糊化的淀粉溶液；进一步优选的，所述的预糊化的淀粉溶液是将淀粉在70～80℃下预糊化0.5h得到。

根据本发明，优选的，步骤(1)中氢氧化钠溶液加入到丙烯酸单体中的方式为逐滴加入，至丙烯酸单体的中和度为70-80％。

根据本发明，优选的，步骤(1)中丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为5:1-1:1，预糊化淀粉以淀粉计与丙烯酸的质量比为1：(8-12)。

根据本发明，优选的，步骤(2)中电子束辐射的辐射剂量为8kGy-24kGy，束流能量为10MeV；

优选的，对混合物的电子束辐射在无氧条件下进行。

根据本发明，优选的，步骤(3)中洗涤所用的洗涤剂为无水乙醇；

优选的，粉碎至粒度为50目-100目。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用高能电子束辐照法制备聚丙烯酸系保水剂，整个反应过程仅需几秒到十几秒，与传统的化学合成法相比大大节约了反应时间；同时因为高能电子束的能量足以促使单体的双键断裂，因此不需要添加常规配方中需要加入的交联剂和引发剂，整个体系更加简单，使用后对环境的残留化学品数量更少，有利于减少保水剂在实际应用过程中对环境造成的污染。

2、本发明整个反应在常温常压下发生，很短时间内即可完成，且在过程中反应体系相对于盛装容器是静止不动的，生产设备简易。

3、本发明制得的保水剂最大吸蒸馏水量可达1416.2g/g，最大吸生理盐水量可达108g/g，且该保水剂吸水速率快，在几分钟内即可达到吸水饱和。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的保水剂吸水前的效果图。

图2为本发明实施例1制得的保水剂吸去离子水后的效果图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1

向装有10g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为70％，体系总质量为40g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量12kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇洗涤浸泡2h，之后在真空烘箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。

本实施例制得的保水剂吸水前的效果图如图1所示，吸去离子水后的效果图如图2所示。产物的吸去离子水能力为1416.2g/g，吸生理盐水能力为108g/g。

实施例2

向装有10g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为70％，体系总质量为50g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量20kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇洗涤浸泡2h，之后在真空烘箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。产物的吸去离子水能力为877.7g/g，吸生理盐水能力为97.6g/g。

实施例3

向装有10g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为80％，体系总质量为50g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量20kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇洗涤浸泡2h，之后在真空烘箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。产物的吸去离子水能力为810.8g/g，吸生理盐水能力为73.4g/g。

实施例4

向装有10g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为70％。再加入一定量预糊化淀粉溶液，其中所含淀粉的质量为1g，混合后的体系总质量为50g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量20kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇洗涤浸泡2h，之后在真空烘箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。产物的吸去离子水能力为929.4g/g，吸生理盐水能力为102.1g/g。

实施例5

向装有9.6g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为70％。待溶液冷却至室温后，再加入2.4g丙烯酰胺固体，并搅拌促使其完全溶解，最后再补加一定量的去离子水使体系总质量为40g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量12kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇和丙酮分别洗涤浸泡2h，之后在真空干燥箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。产物的吸去离子水能力为870g/g，吸生理盐水能力为117.2g/g。

实施例6

向装有6g丙烯酸单体的烧杯中，加入氢氧化钠溶液，使丙烯酸单体的中和度为70％。待溶液冷却至室温后，再加入6g丙烯酰胺固体，并搅拌促使其完全溶解，最后再补加一定量的去离子水使体系总质量为40g。将溶液转移到封口袋内，通氮气除氧，并在高能电子束设备下辐照剂量12kGy。将辐照后的样品取出，用无水乙醇和丙酮分别洗涤浸泡2h，之后在真空干燥箱里50℃下烘干至恒重。用粉碎机将样品粉碎，筛分出粒度为50目-100目之间的细粉，即为最终产品。产物的吸去离子水能力为751g/g，吸生理盐水能力为107.9g/g。