一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料及其製備方法
2023-12-03 14:05:16
專利名稱：一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子技術領域，涉及一種吸水材料及其製備，尤其涉及一種 以馬鈴薯莖葉、有機蒙脫土為原料，複合而成的高吸水複合材料。本發明還涉 及一種該複合材料的製備方法。
背景技術：
馬鈴薯屬一年生草本植物，在我國分布很廣。由於其莖葉不能食用， 一般 被拋棄。這樣既是一種浪費，又會對環境造成汙染。鑑於其主要成分是纖維素， 所以可以用來製備吸水材料。蒙脫土是一種層間吸附有金屬陽離子的層狀結構的矽酸鹽，插層劑可通 過離子交換作用進入片層之間，使片層間距增大，聚合物可通過插層複合進入 層間，形成插層型或剝離型的納米複合材料，從而改善吸水材料的吸水性能， 增加凝膠強度，同時還能降低產品成本，所以，有機蒙脫土可以用來製備高吸 水材料。發明內容本發明的目的在於提供一種以廢棄馬鈴薯莖葉、有機蒙脫土為原料製備的 複合高吸水材料。本發明的另一目的是提供一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法。本發明的廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料，是由以下質量份 的原料配製而成有機蒙脫土 3~20份 馬鈴薯莖葉15 80份 丙烯醯胺30-90份 丙烯酸30 90份。本發明廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料的製備方法，是將馬 鈴薯莖葉經乾燥、粉碎後，在微波輻射下與丙烯酸、丙烯醯胺接枝共聚，同時與機蒙脫土複合，從而製備成的有機無機複合型吸水材料。具體工藝步驟如下① 將有機蒙脫土分散於原料總量6 14倍的蒸餾水中；再加入乾燥粉碎的 馬鈴薯莖葉；② 加入所述配比量的丙烯醯胺、丙烯酸，在攪拌下加入原料總量0.3% 3% 的引發劑和原料總量0.3%~3%的交聯劑，攪拌均勻，得到預反應物；③ 將預反應物置於微波反應裝置中，在輻射功率150 250W下，微波輻射 3-8min，進行接枝聚合；④ 反應完成後，將產物用甲醇浸泡1 10小時後烘乾，粉碎即得。 本發明採用的馬鈴薯莖葉採用經乙醇提取茄尼醇後的馬鈴薯莖葉廢渣。 本發明採用的有機蒙脫土為用苄基三甲基溴化銨改性的蒙脫土。 本發明所述引發劑為過硫酸鉀；交聯劑為N，N-亞甲基雙丙烯醯胺。 本發明釆用的丙烯酸，是在冰水浴中，以20%的氫氧化鈉中和後的丙烯酸鹽與丙烯酸的混合物，其中和度為50~90%。本發明以廢棄的馬鈴薯莖葉粉末為原料，在微波輻射下與丙烯酸、丙烯醯 胺接枝共聚，同時與機蒙脫土複合，形成高吸水性能的複合材料。複合材料經 過紅外光譜圖、熱重分析、XRD分析，證明聚合物通過插層複合進入蒙脫土 的片層間，形成了剝離型的納米複合材料，從而改善吸水材料的吸水性能，增 加凝膠強度及熱穩定性能，同時還能降低產品成本。複合材料通過對比原料的紅外光譜圖可知，丙烯酸與丙烯醯胺已成功的接 枝到了馬鈴薯莖葉上，蒙脫土表面的羥基也與丙烯酸與丙烯醯胺發生了反應， 形成了有機無機複合型高吸水材料。通過複合材料的熱重分析，可以看出，有機蒙脫土的加入提高了複合材料 的熱穩定性能，進一步證明了有機無機複合型高吸水材料的形成。通過對比原料與複合材料的XRD圖，可以看見，複合材料的20角消失了， 說明聚合物通過插層複合進入蒙脫土的片層間，形成了剝離型有機無機複合高 吸水材料。本發明製備的廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土高複合材料，經測定，其吸蒸 餾水倍率可達自身乾重的200-780倍，吸鹽水(0.9%)倍率可達自身乾重的 20~70倍。本發明相比現有技術具有如下優點1、本發明以廉價的馬鈴薯莖葉廢棄物、有機蒙脫土為原料，經微波輻射 合成新型吸水材料，其成本低，吸水性能好；同時減輕了廢棄物對環境造成的汙染，做到了變廢為寶，實現了資源的循環再利用。2、 本發明由於使用了微波技術，使反應周期比常規反應大大縮短，能耗 低，提高了效率。3、 由於發明應用了天然材料為原材料，製得的產品具有良好的生物降解 性能，且無毒副作用，是一種綠色環保的優良產品。4、 本發明的工藝簡單，操作方便，易於工業化生產。
圖1為本發明所涉及的原料及產物的紅外光譜圖 a~有機蒙脫土的紅外光譜圖 b——馬鈴薯莖葉的紅外光譜圖c—馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯醯胺的紅外光譜圖d——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯醯胺複合有機蒙脫土的紅外光譜2為本發明所涉及的複合材料的熱重分析圖a_馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯醯胺複合有機蒙脫土的熱重圖 b——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯醯胺的熱重分析圖 圖3為本發明所涉及的原料與複合材料的XRD圖 a^有機蒙脫土的XRD圖b——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯醯胺複合有機蒙脫土的XRD圖具體實施方式
實施例一取0.106 kg有機蒙脫土分散在11的kg水中，再將0.264 kg馬鈴薯莖葉 (乾燥、粉碎、用200目篩濾過後)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸 鉀0.008 kg， N，N-亞甲基雙丙烯醯胺0.006kg，丙烯醯胺0.6kg,丙烯酸0.6kg(丙烯酸由20%的氫氧化鈉在冰水浴中和至中和度為70%),充分攪拌均勻， 得到預反應物；然後將得到的預反應物置於微波反應裝置中，調節輻射功率為 180W,輻射時間5.5min，進行接枝聚合。反應完成後，將產物用甲醇浸泡4 小時後在4(TC下烘乾，粉碎即得。測定其吸水率等性能其吸蒸餾水的倍率為470，吸鹽水(0.9%)的倍率 為54。實施例二取0.096kg有機蒙脫土分散在12kg水中，再將0.286kg馬鈴薯莖葉(乾燥、 粉碎、用200目篩濾過後)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.008kg, N，N-亞甲基雙丙烯醯胺0.018kg，丙烯醯胺0.9kg，丙烯酸0.3kg(丙烯酸由20% 的氫氧化鈉在冰水浴中中和至中和度為75%),充分攪拌均勻，得到預反應物； 然後將得到的預反應物置於微波反應裝置中，調節輻射功率為180W，輻射時 間3.5min，進行接枝聚合。反應完成後，將產物用甲醇浸泡8小時後在50°C 下烘乾，粉碎即得。測定其吸水率等性能吸蒸餾水的倍率為393，吸鹽水(0.9%)的倍率為43。實施例三取0.06kg有機蒙脫土分散在13kg水中，再將0.3kg馬鈴薯莖葉(乾燥、 粉碎、用200目篩濾過後)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.008kg， N,N-亞甲基雙丙烯醯胺0.008 kg，丙烯醯胺0.6kg，丙烯酸0.6kg (丙烯酸由氫 氧化鈉在冰水浴中中和至中和度為70%)，充分攪拌均勻得預反應物；然後將 得到的預反應物置於微波反應裝置中，調節輻射功率為180W，輻射時間為 4.5min，進行接枝聚合。反應完成後，將產物用甲醇浸泡10小時後在30'C下 烘乾，粉碎即得。測定其吸水率等性能吸蒸餾水的倍率為773，吸鹽水(0.9%)的倍率為68。實施例四取0.12kg有機蒙脫土分散在14kg水中，再將0.3kg馬鈴薯莖葉(乾燥、 粉碎、用200目篩濾過後)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.006kg， N，N-亞甲基雙丙烯醯胺0.010kg，丙烯醯胺0,24kg,丙烯酸0.96kg (丙烯酸由 氫氧化鈉在冷水浴中中和至中和度為60%),充分攪拌均勻得預反應物；然後 將得到的預反應物置於微波反應裝置中，調節輻射功率為180W，輻射時間為 6.5min,進行接枝聚合。反應完成後，將產物用甲醇浸泡6小時後在3(TC下烘 幹，粉碎即得。測定其吸水率等性能吸蒸餾水的倍率為286，吸鹽水(0.9%)的倍率 為31。上述各實施例中的採用的馬鈴薯莖葉是經乙醇提取茄尼醇後的馬鈴薯莖 葉廢渣；採用的有機蒙脫土是用苄基三甲基溴化銨改性的蒙脫土。
權利要求
1、一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料，是由以下質量份的原料配製而成有機蒙脫土3～20份馬鈴薯莖葉15～80份丙烯醯胺30～90份丙烯酸30～90份。
2、 如權利要求1所述廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材料的製備 方法，包括以下工藝步驟① 按所述質量配比的有機蒙脫土分散於原料總量6~14倍的蒸餾水中；再 加入乾燥粉碎的馬鈴薯莖葉；② 加入所述配比量的丙烯醯胺、丙烯酸，在攪拌下加入原料總量0.3%~3°/。 引發劑和原料總量0.3%~3%的交聯劑，攪拌均勻，得到預反應物；③ 將預反應物置於微波反應裝置中，在輻射功率150 250W下，微波輻射 3 8min，進行接枝聚合；④ 反應完成後，將產物用甲醇浸泡1 10小時後烘乾，粉碎即得。
3、 如權利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法，其特徵在於所述引發劑為過硫酸鉀。
4、 如權利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法，其特徵在於所述交聯劑為N，N-亞甲基雙丙烯醯胺。
5、 如權利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法，其特徵在於所述丙烯酸是在冰水浴中，以20%的氫氧化鈉中 和後的丙烯酸鹽與丙烯酸的混合物，其中和度為50 卯％。
6、 如權利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法，其特徵在於所述有機蒙脫土是用苄基三甲基溴化銨改性的蒙 脫土。
7、 如權利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機蒙脫土複合高吸水材 料的製備方法，其特徵在於所述馬鈴薯莖葉採用經乙醇提取茄尼醇後的馬鈴薯莖葉廢渣。
全文摘要
本發明提供了一種以廢棄馬鈴薯莖葉、有機蒙脫土為原料製備的複合高吸水材料。該複合高吸水材料是將馬鈴薯莖葉經乾燥、粉碎後，在微波輻射下與丙烯酸、丙烯醯胺接枝共聚，同時與有機蒙脫土複合，從而製備成有機無機複合型吸水材料。本發明所製備的吸水材料經測定吸蒸餾水倍率可達自身乾重的200～780倍，吸鹽水(0.9％)倍率可達自身乾重的20～70倍。
文檔編號C08K9/04GK101402708SQ20081023228
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月30日 優先權日2008年10月30日
發明者繼 張, 燕 梁, 王雲普 申請人:西北師範大學