一種不通氮可工業化或家庭式生產的高吸水樹脂新工藝的製作方法

2023-05-20 08:04:21

專利名稱：一種不通氮可工業化或家庭式生產的高吸水樹脂新工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高吸水樹脂的免氮合成法，屬於化工產品及其加工工藝。
高吸水樹脂亦稱吸水保水劑，是一種功能性高分子材料，可廣泛應用於農、林、牧、醫療衛生、石油、建築、食品等領域，但目前未能大規模推廣，其主要原因是價格太高。而造成價格高的主要因素是生產工藝問題。目前採用的工藝有懸浮聚合法、反相懸浮聚合法、水溶液聚合法、乳液聚合法、反相乳液聚合法，上述工藝方法除都要通氮氣保護外，還均需用有機溶劑，如正己烷、煤油、汽油、甲苯等，多為易燃易爆物品，操作危險且汙染環境；後處理工序繁瑣，產品需甲醇、丙酮等有毒溶劑洗滌，易揮發，回收困難，不僅加大成本，而且危及工人安全；原輔料消耗大，成本高，工藝難度大，存在爆聚的危險，影響安全生產。其它，如「分項控制合成法」，仍需在反應時通入氮氣1小時，這樣設備必然要比不通氮氣複雜些、要求也高些。
本發明目的在於克服現有技術的欠缺之處，提供一種高吸水樹脂的免氮合成法，使聚合反應基本上能人為控制，並調整配方的原料，從而根本上消除了爆聚的危險，工藝十分簡單，生產成本很低。使這種高科技產品，能在農村實現家庭式生產，為乾旱貧困地區脫貧致富帶來實惠。
本發明之目的是這樣實現的一、採用的原料1#丙烯酸水溶液 20～70％；2#(NH4)OH水溶液0～60％；3#KOH水溶液 0～60％；4#NaOH水溶液0～60％；5#(1)引發劑 0.01～0.5％；(2)交聯劑0.005～0.05％；6#去離子水——已分配到上述水溶液中；7#澱粉——宜就地取材， 0～15％。
上述原料中1#是必需的，2#、3#、4#至少有一種，5#(1)與6#是必需的，5#(2)必要時才用到；若要生產澱粉接枝型高吸水樹脂，則才用到7#。
二、本發明採用不通氮生產高吸水樹脂的新工藝，步驟如下首先稱取規定量的丙烯酸水溶液放入有冷卻功能的耐蝕攪拌器中，然後將規定量的一價氫氧化物中的一種或某幾種水溶液緩慢加入上述攪拌器中，使其內混合的中和液溫度控制在35℃±5℃範圍內，待一價氫氧化物水溶液加完，繼續攪拌冷卻，當攪拌器內的中和物溫度降到38℃以下時，即可加入規定量的引發劑或其水溶液，若需要，其後再加入規定量的交聯劑或其水溶液。繼續攪拌冷卻，使攪拌器中反應底物混合液的溫度進一步降低時，便可從攪拌器中放出該溶液，盛在一塑料桶內，此時其PH值應在5.5～7.0之內。接著逐一將溶液倒入市售耐溫超過110℃的塑料盤中(有聚氟乙烯塑料盤更好)，將盤在常壓下放入加熱器——視配方，有的可用蒸氣直接加熱、有的則要電加熱，緩慢控制溫度上升速度，升溫到80℃～90℃時即開始反應，很快就變成半乾半軟的彈性膠體，待其冷卻後很容易從盤中揭下。此物稱為高吸水樹脂「軟塊」，當地即可使用。若要遠銷，可切碎後烘乾或直接烘乾後粉碎，再稱量包裝之，即得幹(顆)粒狀高吸水樹脂成品。無論在反應加溫，還是烘乾時的升溫過程中，最好採用折線式升溫。
若生產澱粉接枝型高吸水樹脂，其中一種方法的步驟如下首先稱取規定量的丙稀酸水溶液加入能加熱的耐蝕容器中，邊攪拌邊加入規定量的澱粉，攪拌均勻後，開始加熱升溫至55℃±5℃，糊化30分鐘後冷卻至室溫，再將它們加入有冷卻功能的耐蝕攪拌器中；然後將規定量的一價氫氧化物水溶液中的一種或幾種緩慢加入上述攪拌器中，使其內混合的中和液溫度控制在35℃±5℃範圍內，待一價氫氧化物水溶液加完，繼續攪拌冷卻，當攪拌器內的中和物溫度降到38℃以下時，即可加入規定量的引發劑或其水溶液，若需要，其後再加入規定量的交聯劑或其水溶液。繼續攪拌冷卻，使攪拌器中反應底物混合液的溫度進一步降低時，便可從攪拌器中放出該溶液，盛在一塑料桶內，此時其PH值應在5.5～7.0之內。接著逐一將溶液倒入市售耐溫超過110℃的塑料盤中(有聚氟乙烯塑料盤更好)，將盤在常壓下放入加熱器——視配方，有的可用蒸氣直接加熱、有的則要電加熱，緩慢控制溫度上升速度，升溫到80℃±5℃時即開始反應，很快就變成半乾半軟的彈性膠體，待其冷卻後很容易從盤中揭下。此物稱為高吸水樹脂「軟塊」，當地即可使用。若要遠銷，可切碎後烘乾或直接烘乾後粉碎，再稱量包裝之，即得幹(顆)粒狀高吸水樹脂成品。無論在反應加溫，還是烘乾時的升溫過程中，最好採用折線式升溫。
三、不通氮家庭式生產高吸水樹脂的設備1、有冷卻功能的攪拌器，有下列物件組成(1)電動攪拌器含攪拌捧；(2)20公斤容量的塑料桶；(3)直徑在100釐米左右的體積較大的塑料盆。將(2)放入(3)中，(3)中放流水起冷卻作用，將(1)安置在(2)中，使攪拌棒近(2)底部即可。
若要生產澱粉接枝型高吸水樹脂，只要增加一個搪瓷鍋用於澱粉糊化。
2、反應加熱器，有的配方可用蒸饅頭的設備即可，有的配方要用電加熱的，如遠紅外線烘爐。
3、塑料盤(耐110℃高溫)，市面上有買。我們用的是廣州市凱發塑料廠產品。
產品為高吸水樹脂「軟塊」，按日產100公斤「軟塊」計，上述設備投資按當前價格計算，不超過2千元，「軟塊」成本約10元人民幣/公斤。若與「經濟林根基節水栽培系列技術」(CN1179881A，簡稱「根灌」)結合使用，每1/15公頃(即1畝)，只需3～5公斤「軟塊」即可實施有效的抗旱增產。從而使乾旱貧困地區的農村可自給自足，不需去他處以高價購買高吸水樹脂(吸水保水劑)。若用於種子包衣或蘸根處理，每1/15公頃(畝)僅需3～8元。
四、不通氮工業化生產高吸水樹脂的設備1、帶夾套的搪玻璃(或不鏽鋼)反應罐，夾層中可通蒸氣加熱，亦可通冷卻水。罐內有攪拌器。罐置於易操作的平臺上，配以耐蝕泵或耐蝕計量泵等相應設備。
2、反應加熱器，大規模生產用電加熱流水線；日產量不大的工廠可用廚具器械如RQZ系列燃氣多用灶、遠紅外線烘爐等。
3、烘乾設備，大規模生產的可用溫度場布點控制的電加熱器；日產量少的工廠，可用廚具器械中的遠紅外線烘爐或烤箱。不管用何設備烘乾，溫度不宜超過110℃。
4、其他設備如粉碎、計量、包裝等器械，可按需很容易在市場買到。茲不贅述。
與現有技術相比，由於本發明不需通氮，故其突出的優點在於可在非密(封)閉系統和常壓情況下加熱，實現聚合反應。從根本上簡化了原有的生產工藝並調整了配方的原料，從而可同時避免使用氮氣與現有技術中的一些易燃易爆及有毒物質，減少了環境汙染，促進了安全生產；聚合反應基本可以控制，消除了爆聚的危險；工藝條件與產品成本均低到可使農戶進行家庭式生產的程度；工業化生產同比亦可節省投資1/3以上。且兩種方式生產的產品，質量基本一樣。
下面結合具體實例加以說明一、不含鈉的聚丙烯酸鹽用上述免氮法按E88配方生產的聚丙烯酸鉀鹽幹(顆)粒，用去離子水浸泡12小時後，吸水率達500克/克以上；而用免氮法按E9配方生產的聚丙烯酸鹽幹(顆)粒，用去離子水浸泡12小時後吸水率可超過600克/克，吸水後它們均變成水凝膠塊，塊與塊之間無粘性，顆粒分明，彈性強，無鈉離子、無澱粉、無毒(經中國醫科院檢驗，見附件1)、晶瑩透明。適用於農、林業上抗旱保墒，其相應的「軟塊」吸水率在250克/克～300克/克(去離子水)，使用效果與幹顆粒一樣。它們的使用壽命在土壤內無陽光直射的情況下，均達二年以上。
二、澱粉接枝型聚丙烯酸鈉鹽用上述免氮法生產其幹(顆)粒，用去離子水浸泡12小時後，吸水率可達200克/克左右。我們不提倡用上述物質於農、林業上，因為鈉離子會導致土壤鹽鹼化，澱粉會引起黴變等敝端，且使用壽命僅幾個月。
三、液體型不含鈉的聚丙烯酸鹽適量增加6#(去離吸水)，生產不含鈉的聚丙烯酸鹽，並在其中加些植物生長的有關營養元素，即成。其吸水率(去離子水)在100～300克/克之間。它主要用於種子包衣與蘸根，價格低廉。每1/15公頃(畝)，僅需幾元人民幣。
參考文獻1、馮晉臣，經濟林根基節水栽培技術(簡稱「根灌」)，國家級科技成果，1996年，成果編號97100401A。
權利要求
1.一種不通氮可工業化或家庭式生產的高吸水樹脂新工藝，其特徵在於因本發明不需通氮，故其突出的優點在於可在非密(封)閉系統和常壓情況下加熱，實現聚合反應。從根本上簡化了原有的生產工藝並調整了配方的原料，從而可同時避免使用氮氣與現有技術中的一些易燃易爆及有毒物質，減少了環境汙染，促進了安全生產；聚合反應基本可以控制，消除了爆聚的危險；工藝條件與產品成本均低到可使農戶進行家庭式生產的程度；工業化生產同比亦可節省投資1/3以上。且兩種方式生產的產品，質量基本上一樣。產品類型有聚丙烯酸鹽(軟塊或幹粒)、澱粉接枝型聚丙烯酸鹽(軟塊或幹粒)及液體型不含鈉的聚丙烯酸鹽等多種高吸水樹脂。
2.根據權利要求1所述的高吸水樹脂生產新工藝，其特徵在於配方採用的原料為1#丙烯酸水溶液 20～70％；2#(NH4)OH水溶液 0～60％；3#KOH水溶液 0～60％；4#NaOH水溶液 0～60％；5#(1)引發劑 0.01～0.5％；(2)交聯劑 0.005～0.05％；6#去離子水——已分配到上述水溶液中；7#澱粉——宜就地取材，0～15％。上述原料中1#是必需的，2#、3#、4#至少有一種，5#(1)與6#是必需的，5#(2)必要時才用到；若要生產澱粉接枝型高吸水樹脂，則才用到7#。
3.如權利要求1所述的不通氮生產高吸水樹脂的新工藝，其特徵在於通過以下步驟來實現當生產聚丙烯酸鹽軟塊或幹粒時，首先應稱取規定量的丙烯酸水溶液放入有冷卻功能的耐蝕攪拌器中，然後將規定量的一價氫氧化物中的一種或某幾種水溶液緩慢加入上述攪拌器中，使其內混合的中和液溫度控制在35℃±5℃範圍內，待一價氫氧化物水溶液加完，繼續攪拌冷卻，當攪拌器內的中和物溫度降到38℃以下時，即可加入規定量的引發劑或其水溶液，若需要，其後再加入規定量的交聯劑或其水溶液。繼續攪拌冷卻，使攪拌器中反應底物混合液的溫度進一步降低時，便可從攪拌器中放出該溶液，盛在一塑料桶內，此時其PH值應在5.5～7.0之內。接著逐一將溶液倒入市售耐溫超過110℃的塑料盤中(有聚氟乙烯塑料盤更好)，將盤在常壓下放入加熱器——視配方，有的可用蒸氣直接加熱、有的則要電加熱，緩慢控制溫度上升速度，升溫到80℃～90℃時即開始反應，很快就變成半乾半軟的彈性膠體，待其冷卻後很容易從盤中揭下。此物稱為高吸水樹脂「軟塊」，當地即可使用。若要遠銷，可切碎後烘乾或直接烘乾後粉碎，再稱量包裝之，即得幹(顆)粒狀高吸水樹脂成品。無論在反應加溫，還是烘乾時的升溫過程中，最好採用折線式升溫。若生產澱粉接枝型高吸水樹脂，其中一種方法的步驟如下首先稱取規定量的丙稀酸水溶液加入能加熱的耐蝕容器中，邊攪拌邊加入規定量的澱粉，攪拌均勻後，開始加熱升溫至55℃±5℃，糊化30分鐘後冷卻至室溫，再將它們加入有冷卻功能的耐蝕攪拌器中；然後將規定量的一價氫氧化物水溶液中的一種或幾種緩慢加入上述攪拌器中，使其內混合的中和液溫度控制在35℃±5℃範圍內，待一價氫氧化物水溶液加完，繼續攪拌冷卻，當攪拌器內的中和物溫度降到38℃以下時，即可加入規定量的引發劑或其水溶液，若需要，其後再加入規定量的交聯劑或其水溶液。繼續攪拌冷卻，使攪拌器中反應底物混合液的溫度進一步降低時，便可從攪拌器中放出該溶液，盛在一塑料桶內，此時其PH值應在5.5～7.0之內。接著逐一將溶液倒入市售耐溫超過110℃的塑料盤中(有聚氟乙烯塑料盤更好)，將盤在常壓下放入加熱器——視配方，有的可用蒸氣直接加熱、有的則要電加熱，緩慢控制溫度上升速度，升溫到80℃±5℃時即開始反應，很快就變成半乾半軟的彈性膠體，待其冷卻後很容易從盤中揭下。此物稱為澱粉接枝型高吸水樹脂「軟塊」，當地即可使用。若要遠銷，可切碎後烘乾或直接烘乾後粉碎，再稱量包裝之，即得幹(顆)粒狀澱粉接枝型高吸水樹脂成品。無論在反應加溫，還是烘乾時的升溫過程中，最好採用折線式升溫。
4.如權利要求1所述農戶採用此法進行家庭式生產高吸水樹脂，其特徵在於所需設備為(1)、有冷卻功能的攪拌器，有下列物件組成(1)電動攪拌器含攪拌捧；(2)20公斤容量的塑料桶；(3)直徑在100釐米左右的體積較大的塑料盆。將(2)放入(3)中，(3)中放流水起冷卻作用，將(1)安置在(2)中，使攪拌棒近(2)底部即可。若要生產澱粉接枝型高吸水樹脂，只要增加一個搪瓷鍋用於澱粉糊化。(2)、反應加熱器，有的配方可用蒸饅頭的設備即可，有的配方要用電加熱的，如遠紅外線烘爐。(3)、塑料盤(耐110℃高溫)，市面上有買。產品為高吸水樹脂「軟塊」。
5.如權利要求1所述實行不通氮工業化生產高吸水樹脂，其特徵在於可採用下列設備(1)、帶夾套的搪玻璃(或不鏽鋼)反應罐，夾層中可通蒸氣加熱，亦可通冷卻水。罐內有攪拌器。罐置於易操作的平臺上，配以耐蝕泵或耐蝕計量泵等相應設備。(2)、反應加熱器，大規模生產的用電加熱流水線；日產量不大的工廠可用廚具器械如RQZ系列燃氣多用灶、遠紅外線烘爐等。(3)、烘乾設備，大規模生產的可用溫度場布點控制的電加熱器；日產量少的工廠，可用廚具器械中的遠紅外線烘爐或烤箱。不管用何設備烘乾，溫度不宜超過110℃。(4)、其他設備可按需，很容易在市場上買到。
全文摘要
一種不通氮可工業化或家庭式生產的高吸水樹脂新工藝，因不需要通氮，故本發明的突出優點是可在非密閉系統和常壓情況下加熱，實現聚合反應。從根本上簡化了原有的生產工藝並調整了配方的原料，從而可同時避免使用氮氣與現有技術中的一些易燃易爆及有毒物質，減少了環境汙染，促進了安全生產；聚合反應基本可以控制，消除了爆聚的危險；工藝條件與產品成本均低到可使農戶進行家庭式生產的程度；工業化生產同比可節省投資1/3強。兩者質量一樣。
文檔編號C08F20/06GK1442435SQ0210637
公開日2003年9月17日 申請日期2002年3月3日 優先權日2002年3月3日
發明者馮徵, 馮晉臣, 袁倫次 申請人:馮晉臣, 馮徵, 袁倫次