一种有机-无机复合型高吸水性树脂制造技术

本发明专利技术涉及一种高吸水性树脂，其制备原料包括聚合单体、交联剂、引发剂、淀粉磷酸酯、氧化纤维素、改性蒙脱土，其中聚合单体包括丙烯酸，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐，相对于100质量份聚合单体，交联剂为0.03-0.10份，该高吸水性树脂对去离子水的吸收倍率为至少为1100g/g，对生理盐水的吸收倍率为至少为130g/g。本发明专利技术还涉及所述高吸水性树脂的制备方法。该高吸水性树脂吸水能力强，耐盐性好，离子敏感度低，适用于农业、林业、环境改造等多个领域，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机-无机复合型高吸水性树脂材料，属于农林业用的高分子材料领域。
技术介绍
我国是世界上可利用水资源缺乏较严重的国家，干旱少雨地区分布较广。在缺水地区保护水资源，加强实施高效节水机制，对于我国农、林、牧、副业和生态环境的保护以及可持续发展都具有十分重大的意义。其中高吸水性树脂起到重要作用。高吸水性树脂(superabsorbentpolymer，简称SAP)是一种具有高效吸水和高效保水性能的功能高分子材料的总称，用于农业与园艺方面时又称为保水剂或土壤改良剂，自1961年成功研制以来已历半个多世纪的发展。高吸水性树脂分子链上带有大量亲水基团，具有轻度交联的三维网状结构，能够吸收自身重量几百倍以至上千倍的水分，形成具有一定力学强度的水凝胶，并且保水性能优良，吸水膨胀后即使加压也很难把水分离出来。同时吸水后的水凝胶又可以缓慢释放水分，具有反复吸水的功能。吸水之前，高吸水性树脂中分子链相互靠拢缠结在一起，交联成网状结构，与水接触时，水分子通过毛细作用和扩散作用渗透到树脂中，使分子链上的可电离基团在水中电离，由于分子链上同离子之间的斥力，分子链伸展溶胀。同时，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压，水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。当树脂本身的交联网状结构及氢键使得凝胶膨胀达到极限时，高吸水性树脂实现最大吸水倍率。在一定温度和压力下，高吸水性树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。若水从树脂中逸出，则自由焓升高，不利于体系的稳定，所以常温下即使施加压力，水也不会从高吸水性树脂中逸出，这归因于高吸水性树脂的热力学性质。高吸水性树脂在生理卫生用品、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，水土保持、医疗卫生、石油开采、建筑材料、交通运输等多个领域得到了广泛应用，尤其是在农业、林业、环境改造方面发挥着重要作用。将高吸水性树脂施于土壤中，其可在植物根系周围形成无数个微型“水库”，降雨时吸收雨水并储存起来，当土壤缺水时就会逐步释放其储存的水分，以供植物吸收利用。除此之外，高吸水性树脂还能吸收肥料、农药等，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效，从而改良土壤结构，增加土壤水分渗入率，减少土壤水分养分流失，提高水肥利用效率，有助于农作物和林木成活。高吸水性树脂最早由淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得，目前可分为淀粉系(包括接枝淀粉、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等)、纤维素系(包括接枝纤维素、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维索等)、合成聚合物系(包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等)、蛋白质系(包括大豆蛋白类、丝蛋白类、谷蛋白类等)等几大类，其它种类还有果胶、藻酸、壳聚糖、肝素等。其中聚丙烯酸系高吸水性树脂具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等优点，是当前高吸水性树脂中的主流产品。现有技术中存在多种对高吸水性树脂的改性方式。例如，CN103755897A公开了坡缕石黏土基高吸水性树脂，CN103172799A、CN103524681A、CN103122049A公开了使用各种不同的纤维素以获得高吸水性树脂，CN104072670A则使用羟甲基马铃薯渣制备高吸水性树脂。然而，目前的高吸水性树脂普遍存在耐盐性较差的缺点，当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，高分子链收缩，这都导致树脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水性树脂对生理盐水的吸收能力只有对去离子水吸收能力的十分之一左右。另外，高吸水性树脂对离子较敏感，除盐水外，溶液中含有的其它离子可对高吸水性树脂的吸收能力产生明显的负面影响。由于高吸水性树脂的实际使用环境中大多存在各种离子，所以这一缺陷严重限制了高吸水性树脂的推广应用。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种有机-无机复合型高吸水性树脂，其具有吸水倍率高、耐盐性好、环境适应程度广、土壤改良能力强、制备方法简便等优点，适用于农业、林业、环境改造、园林绿化等领域。本专利技术还提供了一种有机-无机复合型高吸水性树脂的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高吸水性树脂，其制备原料包括聚合单体、交联剂、引发剂、淀粉磷酸酯、氧化纤维素、改性蒙脱土，其特征在于，以质量计，相对于100份聚合单体，交联剂为0.03-0.10份，且所述高吸水性树脂对去离子水的吸收倍率为至少为1100g/g，对生理盐水的吸收倍率为至少为130g/g。对于所述高吸水性树脂，所述聚合单体包括丙烯酸，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐，且上述四种单体的质量比为丙烯酸:丙烯酰胺:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:马来酸酐＝1:1-2.5:0.5-1:0.5-1。对于所述高吸水性树脂，所述氧化纤维素是由天然来源和可再生来源的纤维素经粉碎至100目再在双氧水中于80-95℃下蒸煮2小时而氧化制得，其中天然来源和可再生来源的纤维素可来自木粉、竹粉、锯末粉、秸秆、再生纸浆、浮水植物(例如凤眼莲)等。对于所述高吸水性树脂，所述改性蒙脱土为有机季铵盐改性的纳米蒙脱土。对于所述高吸水性树脂，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，且相对于100份聚合单体，其优选为0.05-0.08份。对于所述高吸水性树脂，所述引发剂为过硫酸盐，例如过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵。对于所述高吸水性树脂，其对去离子水的吸收倍率优选至少为1150g/g，更优选至少为1200g/g，其对生理盐水的吸收倍率优选至少为135g/g，更优选至少为140g/g。对于所述高吸水性树脂，相对于100份聚合单体，引发剂为0.10-0.25份，淀粉磷酸酯为5-10份，氧化纤维素为5-15份，改性蒙脱土为5-15份；优选引发剂为0.15-0.22份，淀粉磷酸酯为5-8份，氧化纤维素为7-12份，改性蒙脱土为7-12份；更优选引发剂为0.18份，淀粉磷酸酯为7份，氧化纤维素为10份，改性蒙脱土为10份。所述高吸水性树脂的制备方法为：第一步，按用量和比例准备各反应原料；第二步，在足量去离子水中加入各种聚合单体、淀粉磷酸酯、氧化纤维素、改性蒙脱土，边搅拌边逐渐升温至35-40℃，使各原料组分充分混合；第三步，将交联剂和引发剂充分混合后加入上述第二步得到的反应混合体系中，边搅拌边逐渐升温至75-80℃，反应2-3小时；第四步，将产物水洗后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高吸水性树脂，其制备原料包括聚合单体、交联剂、引发剂、淀粉磷酸酯、氧化纤维素、改性蒙脱土，其特征在于，以质量计，相对于100份聚合单体，交联剂为0.03‑0.10份，且所述高吸水性树脂对去离子水的吸收倍率为至少为1100g/g，对生理盐水的吸收倍率为至少为130g/g。

【技术特征摘要】
1.一种高吸水性树脂，其制备原料包括聚合单体、交联剂、引
发剂、淀粉磷酸酯、氧化纤维素、改性蒙脱土，其特征在于，以质量
计，相对于100份聚合单体，交联剂为0.03-0.10份，且所述高吸水
性树脂对去离子水的吸收倍率为至少为1100g/g，对生理盐水的吸
收倍率为至少为130g/g。
2.根据权利要求1所述的高吸水性树脂，其中所述聚合单体包
括丙烯酸，丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、马来酸酐，且
优选上述四种单体的质量比为丙烯酸:丙烯酰胺:2-丙烯酰胺-2-甲基
丙磺酸:马来酸酐＝1:1-2.5:0.5-1:0.5-1。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的高吸水性树脂，其中所
述氧化纤维素是由天然来源和可再生来源的纤维素经粉碎至100目
再在双氧水中于80-95℃下蒸煮2小时而氧化制得，其中天然来源和
可再生来源的纤维素优选来自木粉、竹粉、锯末粉、秸秆、再生纸浆、
浮水植物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高吸水性树脂，其中所述
改性蒙脱土为有机季铵盐改性的纳米蒙脱土。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的高吸水性树脂，其中所述
交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的高吸水性树脂，其中相对
于100份聚合单体，交联剂为0.05-0.08份。
7.根据权利要求1-6中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红，申闫春，
申请(专利权)人：南京博星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32