膨脹蛭石—有機複合吸水保水材料製備方法
2023-05-12 01:48:16 1
專利名稱：膨脹蛭石—有機複合吸水保水材料製備方法
技術領域：
本發明涉及一種農林業抗旱保水用有機—無機複合吸水保水材料，具體涉及膨脹蛭石—有機複合吸水保水材料及其製備方法。
背景技術：
高吸水保水材料是一種吸水能力特別強的新型功能材料，它可以吸收自重的兒百倍甚至幾千倍的水，而且保水能力特別好，即使在加壓的情況下也不易脫水。高吸水保水材料的奇特性能使其在農林園藝、醫藥、生理衛生用品、土木建築、日用化學、石油化工等領域等到了廣泛的應用。
目前保水吸水材料主要有高分子型和粘土礦物型兩種類型。
高分子保水吸水材料又稱超強吸水性樹脂，是具有三維交聯網狀結構的新型功能高分子材料。高分子保水吸水材料一般採用澱粉、纖維素與不飽和有機單體接枝共聚製成，或用不飽和有機單體直接合成。由於原料價格昂貴，高分子保水吸水材料的成本很高，致使它在農林業方面的應用受到了極大的限制。
礦物型吸水材料是利用礦物吸水性強，與土壤相容性好，且來源廣、價格低廉的特點製成的吸水材料。它的特點是成本低，能反覆使用。但此類吸水材料的吸水量有限，吸水後保水性能差，難以滿足應用要求。
本發明擬在上述兩種保水吸水材料的基礎上，採用納米複合技術，將兩種材料的優點結合起來，研製一種新型的礦物-有機複合吸水保水材料。
發明內容
本發明目的在於提供一種成本低廉、吸水性好、抗鹽性強、能反覆使用的農林業用新型礦物-有機複合保水吸水材料。
本發明採用的礦物原料是市售的膨脹蛭石，它是一種用途廣泛的非金屬礦物，具有一系列優異的物理和化學性能。作為一種層狀結構的矽酸鹽礦物，蛭石結構中單元層的厚度達到納米級。單元層內以較強的離子鍵結合，層間則以較弱的分子鍵結合，層間充填有水分子和可交換的金屬陽離子。本發明首先將膨脹蛭石浸泡於8-15％的氫氧化鈉溶液中12-24小時，用鈉離子交換出層間的部分鈣、鎂等離子。浸泡用的氫氧化鈉既是膨脹蛭石的層間鈣、鎂離子的離子交換劑，也是後續加入的丙烯酸單體的中和劑。
本發明所用的有機原料為丙烯酸單體和丙烯醯胺單體。二者之間的質量配比為丙烯酸∶丙烯醯胺＝2∶1。將它們與氫氧化鈉浸泡處理的蛭石及交聯劑N-N雙丙烯醯胺和水混合。其中膨脹蛭石的用量為有機單體丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的10％～120％，交聯劑用量為丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的0.03％～0.13％，水用量為丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的200-300％。混合後加入球磨機中球磨2-4小時，使有機單體插入蛭石結構層間。然後加入有機單體質量總和0.2％～2％的引發劑過硫酸銨或過硫酸鉀，在50-65℃水浴中加熱0.5-2小時，使有機單體在蛭石結構層間聚合。最後對聚合物在65℃～70℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到一種具有納米複合結構的礦物-有機複合保水吸水材料。
所製得的蛭石-有機複合保水吸水材料可吸自來水100～150g/g，吸蒸餾水200-300g/g。與傳統的吸水材料相比，這種材料不僅可以同時發揮高分子吸水材料和蛭石的吸水性高的特點，而且具有成本低，與土壤相容性好、吸水後強度高、壽命長、耐久性好、耐溫高、製備中不粘器壁等優點。應用於農林抗旱保水，還可以發揮蛭石的土壤改良作用、水肥緩釋作用以及有益元素的補充作用，利於農作物的生長和豐產。
具體實施例方式實施例1將3g膨脹蛭石浸泡於8％的氫氧化鈉溶液中24小時得到離子交換膨脹蛭石。取出後將其與20g丙烯酸單體和10g丙烯醯胺單體的混合物以及0.009gN-N雙丙烯醯胺和60ml水混合。混合後加入球磨機中球磨2小時。然後加入0.06g過硫酸銨，在50℃水浴中加熱2小時聚合。最後對聚合物在65℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到蛭石-有機複合保水吸水材料。產品可吸自來水146g/g，吸蒸餾水285g/g，且製備中不粘器壁。
實施例2將36g膨脹蛭石浸泡於15％的氫氧化鈉溶液中48小時得到離子交換膨脹蛭石。取出後將其與20g丙烯酸單體和10g丙烯醯胺單體的混合物以及0.039gN-N雙內烯醯胺和90ml水混合。混合後加入球磨機中球磨4小時。然後加入0.6g過硫酸鉀，在65℃水浴中加熱0.5小時聚合。最後對聚合物在70℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到蛭石-有機複合保水吸水材料。產品可吸自來水105g/g，吸蒸餾水208g/g，且成本低，製備中不粘器壁。
實施例3將20g膨脹蛭石浸泡於12％的氫氧化鈉溶液中36小時得到離子交換膨脹蛭石。取出後將其與20g丙烯酸單體和10g丙烯醯胺單體的混合物以及0.025gN-N雙丙烯醯胺和70ml水混合。混合後加入球磨機中球磨3小時。然後加入0.3g過硫酸銨，在60℃水浴中加熱1.5小時聚合。最後對聚合物在65℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到蛭石-有機複合保水吸水材料。產品可吸自來水130g/g，吸蒸餾水252g/g。
實施例4將15g膨脹蛭石浸泡於10％的氫氧化鈉溶液中24小時得到離子交換膨脹蛭石。取出後將其與20g丙烯酸單體和10g丙烯醯胺單體的混合物以及0.015gN-N雙丙烯醯胺和70ml水混合。混合後加入球磨機中球磨2小時。然後加入0.2g過硫酸鉀，在55℃水浴中加熱2小時聚合。最後對聚合物在70℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到蛭石-有機複合保水吸水材料。產品可吸自來水138g/g，吸蒸餾水270g/g。
實施例5將25g膨脹蛭石浸泡於13％的氫氧化鈉溶液中48小時得到離子交換膨脹蛭石。取出後將其與20g丙烯酸單體和10g丙烯醯胺單體的混合物以及0.03gN-N雙丙烯醯胺和80ml水混合。混合後加入球磨機中球磨4小時。然後加入0.45g過硫酸銨，在65℃水浴中加熱0.5小時聚合。最後對聚合物在70℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎後得到蛭石-有機複合保水吸水材料。產品可吸自來水120g/g，吸蒸餾水220g/g。
權利要求
1.一種膨脹蛭石一有機複合高吸水保水材料的製備方法，其特徵在於，首先將膨脹蛭石浸泡於8-15％的氫氧化鈉溶液中12-24小時，得到離子交換處理的膨脹蛭石；按2∶1的質量配比將丙烯酸單體丙烯醯胺單體混合，再與離子交換處理的膨脹蛭石及交聯劑N-N雙丙烯醯胺和水混合。其中膨脹蛭石的用量為有機單體丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的10％～120％，交聯劑用量為丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的0.03％～0.13％，水用量為丙烯酸和丙烯醯胺質量總和的200-300％；混合後加入球磨機中球磨2-4小時，然後加入有機單體質量總和0.2％～2％的引發劑過硫酸銨或過硫酸鉀，在50-65℃水浴中加熱0.5-2小時，使有機單體聚合；最後對聚合物在65℃～70℃的真空乾燥箱中乾燥，粉碎得到一種具有納米複合結構的礦物-有機複合保水吸水材料。
全文摘要
以膨脹蛭石、丙烯酸及丙烯醯胺單體為主要原料，以離子交換、高能球磨、單體插層及原位聚合技術相結合，製成一種納米結構的膨脹蛭石—有機複合新型高性能吸水保水材料。製備中丙烯酸∶丙烯醯胺＝2∶1(質量比)，其餘成分佔上述二單體質量和的比例為膨脹蛭石10％～120％，引發劑0.2％～2％，交聯劑0.03％～0.13％，所製備產品吸自來水100～150g/g，吸蒸餾水200－300g/g。可廣泛用於農林園藝等方面，具有保水抗旱、改良土壤結構、保溫、保肥、長效，緩釋，成本低，強度高，抗鹽性好、可反覆使用等優點。
文檔編號C09K17/40GK1818019SQ20061004171
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者李剛, 劉開平, 梁慶宣, 魏曉麗, 馬玉薇, 孫婧, 呂德生, 趙以琴 申請人:石河子大學