基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法，通過蛭石、海藻酸鈉、合成單體之間用量的匹配，調(diào)整引發(fā)劑過硫酸鉀的分解速率，由此實現(xiàn)保水劑在室溫下的合成。本發(fā)明通過反應體系中各組分間的配合，在無氮氣保護下僅用單組份引發(fā)劑實現(xiàn)了保水劑的室溫合成(20?35℃)，能耗低，省去了通氮設備以及因還原組分的加入而增加的輔助設備，從原料、能耗、設備等多個層面降低了生產(chǎn)成本，具有明顯的成本優(yōu)勢，工藝簡單，容易工業(yè)化生產(chǎn)。在天然組分蛭石和海藻酸鈉含量高達40％左右時依舊保持很好的吸水性能。在農(nóng)林園藝方面具有很廣的應用前景。
【專利說明】
基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明屬于高吸水性樹脂領域，涉及一種保水劑的制備方法，特別涉及一種基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]保水劑又稱高吸水性樹脂，是一輕度交聯(lián)的親水性聚合物，能在較短時間內(nèi)吸收超越自身重量幾百倍以上的水，并且能緩慢的釋放出來，加到土壤中可以提高土壤含水量，降低土壤容重，減少水土流失，在抗旱節(jié)水、保持水土和土壤改良中將發(fā)揮重要的作用。保水劑從原料來源上主要分為合成類和半合成類。合成類主要是聚丙烯酸類，聚丙烯酰胺類；半合成類產(chǎn)品是淀粉、纖維素等多糖和丙烯酸、丙烯酰胺的接枝共聚物。但目前這兩類產(chǎn)品由于價格較高，其主要的消費領域在衛(wèi)生用品方面，在農(nóng)林園藝方面的應用還未能得到大面積的推廣。簡化工藝，降低成本是目前保水劑在農(nóng)林園藝中推廣應用的關(guān)鍵。海藻酸鈉是地球上來源最豐富的可再生天然資源之一，價廉無毒，環(huán)境友好，可作為原料通過接枝聚合的方法制備半合成類保水劑，但需在加熱和氮氣保護的條件下進行反應，制備工藝復雜。
[0003]蛭石是一種含水的鐵鎂質(zhì)鋁硅酸鹽，透氣性能好，比表面積高，具有特殊的表面選擇吸咐性、膨脹性和離子交換性，在農(nóng)業(yè)上可用作種子保存劑、土壤調(diào)節(jié)劑、濕潤劑、植物生長劑等，具有蓄水保墑、吸肥保肥、慢性釋放的功能，可改良土壤結(jié)構(gòu)，提高種子的發(fā)芽率，增加作物產(chǎn)量，已廣泛應用于農(nóng)業(yè)中。近幾年來，為了降低成本，提高吸水性能，將蒙脫土、高嶺土、凸凹棒土等親水性粘土和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺復合制備有機/無機吸水性復合物的研究報道很多。在已知的粘土類高吸水性復合材料中，基于蒙脫土、高嶺土、凹凸棒土的高吸水材料研究較多，而添加蛭石的研究則較少，且均是在氮氣保護下，60_90°C的溫度范圍內(nèi)聚合。如:殼聚糖接枝丙稀酸/輕石高吸水性復合材料(Yian Zhen et al ,ChemicalEngineering Journal, 2012 ,179 , 90-98)，輕乙基纖維素接枝丙稀酸/輕石復合材料(Jinlei Wang et al.Journal of Polymer Research，2011，18,401-408)，瓜爾膠接枝丙稀酸/有機輕石復合材料(Wenbo Wang et al ,Applied Clay Science,2009,46,21-26) ,0脹蛭石/聚丙烯酸鉀一丙烯酰胺高吸水性復合材料的制備方法(中國專利200610037802)。
[0004]降低保水劑的合成溫度至室溫，可以降低生產(chǎn)過程中的能量損耗，同時減少對環(huán)境的熱污染。使用雙組份的氧化還原引發(fā)劑是降低保水劑合成溫度的常用方法。其缺點是:引發(fā)效率低，至少有一半的引發(fā)劑未發(fā)揮引發(fā)劑的作用;還原組分的加入增加了工藝的復雜性;通常都在氮氣保護下實施。
[0005]使用單組份引發(fā)劑降低保水劑的合成溫度，可以提高引發(fā)劑的引發(fā)效率，省去加入還原劑時所需要的輔助設備，簡化聚合工藝。在室溫下以單組份引發(fā)劑合成高吸水性樹脂報道很少，中國專利99126336.7報道了使用單組份引發(fā)劑過硫酸銨在室溫下合成膨潤土-淀粉-聚丙烯酸吸水性樹脂的方法，但聚合時間長(20小時以上)，對反應設備要求苛刻。發(fā)明人先前申請了專利(ZL 2012 10018779.0)“含有蒙脫土和多糖的高吸水性樹脂的室溫合成方法”，在室溫下用單組份引發(fā)劑實現(xiàn)了高吸水性樹脂的快速合成。但該保水劑的單體之一為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，價格較貴;主要復合組分為蒙脫土，在改善土壤和促進植物生長方面不如蛭石。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中保水劑制備工藝復雜、成本高、對土壤污染的問題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:通過蛭石、海藻酸鈉、合成單體之間用量的匹配，調(diào)整引發(fā)劑過硫酸鉀的分解速率，由此實現(xiàn)保水劑在室溫下的合成，具體包括如下步驟:
[0008](I)將30?70份丙烯酰胺溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的丙烯酰胺溶液；
[0009](2)取70?30份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鉀發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的55?75%;
[0010](3)將5?20份海藻酸鈉溶于去離子水中，配成質(zhì)量濃度為3%的溶液；
[0011](4)取10?40份過200目篩子的蛭石，加入50?100份去離子水，在室溫下攪拌I小時配制成蛭石分散液；
[0012](5)將0.2?0.6份過硫酸鉀溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為1%的溶液；
[0013](6)將0.05?0.2份N，N_亞甲基雙丙烯酰胺溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為I %的溶液；
[0014](7)將步驟(I)?(6)所得各組分在攪拌下依次加入到聚合反應器中，于20?35°C的室溫環(huán)境中聚合2?3小時；聚合完畢后，造粒，用80%的乙醇洗滌，在70°C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的保水劑。
[0015]所述步驟(4)的蛭石為原蛭石粉、膨脹蛭石、酸化蛭石或有機化蛭石。
[0016]所述步驟(2)中氫氧化鉀用氫氧化鈉或碳酸氫鈉代替。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明使用的主要原料蛭石在我國儲量豐富，價格相對其它粘土礦物更低廉，蛭石在土壤改良和促進植物生長方面具有其它粘土所不具有的優(yōu)勢。將本發(fā)明所制取的吸水性樹脂加入到土壤中，使用環(huán)刀法測量保水劑的加入對土壤持水性、孔性的影響。和空白土壤對照相比，施加占土壤總質(zhì)量0.35 %的保水劑可使土壤的總孔隙度提高10-12%，土壤通氣度提高I倍。良好的透氣性、表面選擇吸咐性、膨脹性和離子交換性使蛭石在提高保水劑吸水性能的同時，顯著改善土壤的持水性、通氣性和團聚體組成，促進植物種子發(fā)芽。
[0018]本發(fā)明使用的原料海藻酸鈉是從褐藻中提取的天然多糖，褐藻作為一種豐富的海洋資源，產(chǎn)量大，再生能力強。海藻酸鈉生物降解性好，對土壤無污染，是一種天然的土壤調(diào)理劑，可改良土壤團粒結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)土壤中固、液、氣三者比例，增加土壤生物活力，提高作物的抗逆性。
[0019]本發(fā)明通過反應體系中各組分間的配合，在無氮氣保護下僅用單組份引發(fā)劑實現(xiàn)了保水劑的室溫合成(20-35°C)，能耗低，省去了通氮設備以及因還原組分的加入而增加的輔助設備，從原料、能耗、設備等多個層面降低了生產(chǎn)成本，具有明顯的成本優(yōu)勢，工藝簡單，容易工業(yè)化生產(chǎn)。
[0020]在天然組分蛭石和海藻酸鈉含量高達40%左右時依舊保持很好的吸水性能。在農(nóng)林園藝方面具有很廣的應用前景。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明制備方法作進一步描述。
[0022]實施例1
[0023]取30份過200目篩的膨脹蛭石，加入80份去離子水中，在室溫下攪拌I小時配制成蛭石分散液;將10份海藻酸鈉溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為3 %的溶液;將50份丙烯酰胺溶于50份去離子水中；取50份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鉀發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的75%;將
0.25份過硫酸鉀溶于25份去離子水中配成溶液;將0.1份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于10份去離子水中配成溶液。將以上各組分在攪拌下依次加入到聚合反應器中，于室溫環(huán)境中聚合2小時。聚合完畢后，造粒，用80 %的乙醇洗滌，在70 °C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的吸水性樹脂。
[0024]稱取所述的吸水性樹脂0.10克，加250ml水使其吸水飽和，用尼龍袋過濾，稱量過濾后吸水樹脂的質(zhì)量。吸水倍率的計算公式為:
[0025 ]吸水倍率=[吸水后樹脂的質(zhì)量-吸水前樹脂的質(zhì)量]/吸水前樹脂的質(zhì)量
[0026]經(jīng)測試本發(fā)明所制取的吸水性樹脂在去離子水中的吸水倍數(shù)達837倍，在自來水中的吸水倍數(shù)可達182倍，在0.9 %氯化鈉溶液中的吸水倍數(shù)達66倍。
[0027]實施例2
[0028]取40份過200目篩子的原蛭石粉，加入100份去離子水，在室溫下攪拌I小時配置成蛭石分散液;將5份海藻酸鈉溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為3 %的溶液;將70份丙烯酰胺溶于70份去離子水中；取30份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鈉發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的60%;將0.6份過硫酸鉀溶于60份去離子水中配成溶液;將0.1份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于10份去離子水中配成溶液。將以上各組分在攪拌下依次加到聚合反應器中，于室溫下聚合3小時。聚合完畢后，造粒，用80 %的乙醇洗滌，在70 °C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的吸水性樹脂。經(jīng)測試其吸去離子水倍率為331倍，自來水倍率為137倍，0.9 %氯化鈉溶液40倍。
[0029]實施例3
[0030]取20份過200目篩子的原蛭石粉，加入60份去離子水，在室溫下攪拌I小時配置成蛭石分散液;將15份海藻酸鈉溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為3 %的溶液;將40份丙烯酰胺溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液，取60份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鉀發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的65% ;將0.3份過硫酸鉀溶于30份去離子水中配成溶液;將0.05份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于5份去離子水中配成溶液。將以上各組分在攪拌下依次加到聚合反應器中，于室溫下聚合3小時。聚合完畢后，造粒，用80 %的乙醇洗滌，在70 °C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的吸水性樹脂。經(jīng)測試其吸去離子水倍率為403倍，自來水倍率為169倍，0.9%氯化鈉溶液43倍。
[0031 ] 實施例4
[0032]取30份過200目篩子的膨脹蛭石，加入80份去離子水，在室溫下攪拌I小時配置成蛭石分散液;將5份海藻酸鈉溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為3 %的溶液;將50份丙烯酰胺溶于50份去離子水中；取50份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的碳酸氫鈉發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的70%;將0.5份過硫酸鉀溶于50份去離子水中配成溶液;將0.1份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于10份去離子水中配成溶液。將以上各組分在攪拌下依次加到聚合反應器中，于室溫下聚合3小時。聚合完畢后，造粒，用80 %的乙醇洗滌，在70 °C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的吸水性樹月旨。經(jīng)測試其吸去離子水倍率為411倍，自來水倍率為163倍，0.9 %氯化鈉溶液45倍。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將30?70份丙烯酰胺溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的丙烯酰胺溶液； (2)取70?30份丙烯酸溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后，攪拌條件下與質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鉀發(fā)生中和反應，中和度為丙烯酸摩爾數(shù)的55?75%; (3)將5?20份海藻酸鈉溶于去離子水中，配成質(zhì)量濃度為3%的溶液； (4)取10?40份過200目篩子的蛭石，加入50?100份去離子水，在室溫下攪拌I小時配制成蛭石分散液； (5)將0.2?0.6份過硫酸鉀溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為I%的溶液； (6)將0.05?0.2份N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于去離子水中配成質(zhì)量濃度為I %的溶液； (7)將步驟(I)?(6)所得各組分在攪拌下依次加入到聚合反應器中，于20?35°C的室溫環(huán)境中聚合2?3小時;聚合完畢后，造粒，用80%的乙醇洗滌，在70°C烘箱中干燥至恒重，粉碎得本發(fā)明的保水劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的蛭石為原蛭石粉、膨脹蛭石、酸化蛭石或有機化蛭石。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于蛭石和海藻酸鈉的農(nóng)用保水劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中氫氧化鉀用氫氧化鈉或碳酸氫鈉代替。
【文檔編號】C08K7/26GK105837755SQ201610192331
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】邱海霞, 邱朝霞
【申請人】天津大學