具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂及其制备方法。本发明专利技术采用有机化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作为纳米复合保水剂的主要原料，添加引发剂和交联剂，在水溶液中经接枝共聚、交联、洗涤、干燥、粉碎制成。保水剂吸蒸馏水的倍数为３００－６００ｇ／ｇ。该保水剂在节水农业和生态恢复等方面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-无机纳米复合保水剂，更具体地说是涉及一种聚丙烯酸/凹凸棒粘土/腐殖酸纳米复合保水剂及其制备方法。
技术介绍
保水剂是一种功能高分子材料，可以吸收比自身重几百倍甚至上千倍的水。自60年代美国北方农业部第一次合成出保水剂以来，在农林业方面的应用一直是保水剂非常重要的应用研究领域。保水剂的种类繁多，以原料来源分类，可分为三大系列淀粉系、纤维素系和合成树脂系。淀粉类保水剂一般具有较高的吸水率，但其缺点是耐盐碱性较差，凝胶强度差，在实际应用中使用寿命较短。纤维素类保水剂有着良好的耐盐碱性，但其吸水率较差。目前生产量最大的是丙烯酸类保水剂，其优点是制备工艺简单，产物吸水力强，产品应用面广，但丙烯酸类保水剂为电解质型聚合物，耐盐碱性较差，同时产品的价格较高。目前改进其耐盐性的一般方法是在丙烯酸类聚合物中引入非离子型单体进行二元以及三元共聚。但由于非离子单体一般价格较贵，这样又增加了保水剂的成本。因此，在丙烯酸类聚合物中引入价廉的无机原料对其进行改性，则成为了一种较为理想的方法。其特点是引入无机物不但能提高丙烯酸类保水剂的耐盐性，而且可以大大降低成本。凹凸棒黏土是一种链层结构的镁铝硅酸盐矿物，在我国储量丰富，仅甘肃探明储量有1亿吨之多。凹凸棒黏土表面存在大量的亲水性硅羟基，通过简单处理可以与烯类单体发生接枝共聚反应，形成具有高吸水性的有机-无机复合吸水剂。研制的第一代低成本(凹凸棒黏土含量达30％)、耐盐碱保水剂于2004年9月已实现产业化，在胜利油田聚合物公司建成了3000吨/年的生产线，这是迄今为止在国内外第一个产业化的有机无机复合保水剂，该产品的产业化实现了农用保水剂的升级换代，标志着我国自主研制的新型保水剂进入了新阶段。凹凸棒粘土具有众多相互平行的纳米尺度的孔道，为天然-维纳米材料。但是凹凸棒粘土的棒束是聚集状态，所以有必要对其进行有机化处理。采用有机化处理后的凹凸棒粘土与丙烯酸或丙烯酰胺聚合后，吸水性能明显改善。在保水材料的开发中，可持续发展的观念和相应的技术体系开发越来越受到重视，这就是在满足需求的同时，1)改善资源的利用状况，保持生态的良性循环；2)寻求最佳的物质/能源投入产出模式和资源利用模式，进一步减少和防止对环境和生态的二次污染。为此，以发展高效农业兼顾恢复西部生态环境为目标，以西部资源的高值化为背景，针对西部地区干旱缺水、高盐碱度的土壤特点，在现有工作的基础上，结合凹凸棒黏土的独特性能，综合考虑农林业应用型高吸水性聚合物应具有吸水保水、耐盐碱、低成本和多功能的需求，设计并研制具有缓释功能的有机无机纳米复合保水剂具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种具有缓释肥料功能的有机无机纳米复合保水剂及其制备方法。本专利技术可以通过以下措施来实现本专利技术采用有机化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作为纳米复合保水剂的主要原料，添加引发剂和交联剂，在水溶液中经接枝共聚、交联、洗涤、干燥、粉碎制成具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂。凹凸棒土在我国储量丰富，价格低廉。是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其结构属2∶1型粘土矿物。由于在其表面或层间可与表面活性剂作用，形成有机化凹凸棒土，因而可用来制备有机-无机纳米复合吸水剂。腐殖酸是一种多极性官能团的物质，结构中分布有羧基、羟基、羰基等活性功能基团，具有刺激植物生长发育、增加作物的抗逆性、改善植物的营养状况的功效，可以与丙烯酸等亲水性单体或淀粉等亲水性天然高分子发生接枝共聚反应，使所制备的保水剂具有吸水、保水和营养土壤和植被的协同功能。腐殖酸价格低廉而且环境友好，我国有丰富的腐殖酸资源，风化褐煤腐殖酸和泥炭腐殖酸都可作为合成缓释保水剂的基质材料。综合测试表明，风化煤腐殖酸含量较高(59％)，富含氮、磷、钾等多种营养元素，重金属含量很低，是制取超强保水剂的良好原料。一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂，其特征在于原料的重量份数为丙烯酸100份，有机化凹凸棒土10-50份，腐殖酸10-50份，引发剂0.05-1.0份，交联剂0.05-1.0份；交联剂选自甘油或者N，N′-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵或者过硫酸钾；有机化凹凸棒土选自十六烷基三甲基溴化铵凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化铵凹凸棒土。所谓有机化凹凸棒土，指的是凹凸棒黏土经过了有机化处理。具体方法是将凹凸棒黏土与有机化试剂混合，在常温常压下通过搅拌反应生成。有机化试剂我们选自十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。本专利技术的腐殖酸选自风化煤腐殖酸、煤矸石腐殖酸或泥炭腐殖酸。一种具有缓释肥料功能纳米复合保水剂的制备方法，其特征在于该方法将丙烯酸加入反应器中，加入蒸馏水溶解后，再加入有机化凹凸棒土、腐殖酸、交联剂和引发剂，升温至40-70℃反应2-4小时，反应结束后，产物用甲醇的水溶液洗涤，在60-80℃下烘干至恒重，粉碎。本专利技术具有以下优点(1)由于使用了有机化的凹凸棒土，扫描电镜和投射电镜的分析表明，该复合材料达到了纳米级，是一种纳米复合保水剂；(2)由于使用了腐殖酸，使复合材料具有缓释肥料的功能，实验测试表明，该复合材料的缓释性能达到了30天以上；(3)该复合材料吸水倍数达到了300-600g/g，满足了干旱条件下对吸水保水材料的要求；(4)使用后土壤理化性能测试表明，该纳米复合材料比普通复合材料有更好的土壤改良作用。具体的实施方式实施例1将7.20g丙烯酸加入到反应器中，加入20ml蒸馏水溶解后，加入2.45g十六烷基三甲基溴化铵凹凸棒土、2.45g风化煤腐殖酸、122.3mg交联剂和18.4mg引发剂，升温至70℃反应3h。反应结束后，产物用甲醇/水溶液洗涤，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，过40-80目网筛。本实施例中的产品每克吸蒸馏水520克，色泽为黑色。实施例2将7.20g丙烯酸加入到反应器中，加入20ml蒸馏水溶解后，加入2.80g十六烷基三甲基溴化铵凹凸棒土、2.60g风化煤腐殖酸、122.3mg交联剂和18.4mg引发剂，升温至70℃反应3h。反应结束后，产物用甲醇/水溶液洗涤，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，过40-80目网筛。本实施例中的产品每克吸蒸馏水460克，色泽为黑色。实施例3将7.20g丙烯酸加入到反应器中，加入20ml蒸馏水溶解后，加入2.80g十八烷基三甲基溴化铵凹凸棒土、2.45g泥炭腐殖酸、122.3mg交联剂和18.4mg引发剂，升温至70℃反应3h。反应结束后，产物用甲醇/水溶液洗涤，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，过40-80目网筛。本实施例中的产品每克吸蒸馏水580克，色泽为黑色。权利要求1.一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂，其特征在于原料的重量份数为丙烯酸100份，有机化凹凸棒土10-50份，腐殖酸10-50份，引发剂0.05-1.0份，交联剂0.05-1.0份；交联剂选自甘油或者N，N′-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵或者过硫酸钾；有机化凹凸棒土选自十六烷基三甲基溴化铵凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化铵凹凸棒土。2.如权利要求2所述的保水剂，其特征在于腐殖酸选自风化煤腐殖酸、煤矸石腐殖酸或泥炭腐殖酸。3.如权利要求1所述保水剂的制备方法，其特征在于该方法将丙烯酸加入反应器中，加入蒸馏水溶解后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂，其特征在于原料的重量份数为：丙烯酸１００份，有机化凹凸棒土１０－５０份，腐殖酸１０－５０份，引发剂０．０５－１．０份，交联剂０．０５－１．０份；交联剂选自甘油或者Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰胺；引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸铵或者过硫酸钾；有机化凹凸棒土选自十六烷基三甲基溴化铵凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化铵凹凸棒土。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱勤，张俊平，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]