一種含鉀和氮高吸水樹脂的製備方法
2023-10-06 12:09:59 2
專利名稱：一種含鉀和氮高吸水樹脂的製備方法
技術領域：
本發明涉及用於農業、林業、畜牧業、園藝及生活用品的高吸水 樹脂的製備辦法，特別指以馬鈴薯澱粉、丙烯酸為主要原料來合成含 有氮、鉀等營養元素高吸水樹脂的製備方法。
背景技術：
高吸水樹脂優良的吸水性和保水性使其在許多領域內都得到了 應用。 一次性尿布等衛生用品是高吸水樹脂最早開發的應用領域，目 前仍是高吸水樹脂的最大消費市場。將高吸水樹脂加入到土壤中，可 以改變土壤的團粒結構，增大土壤的透水性、透氣性，並可將加入的 水儲存起來，在乾旱地區土壤的水分保持、沙漠防治方面具有誘人的 前景。現在日本和法國己將高吸水樹脂用於中東和北非，實施沙漠變 綠洲的計劃。將高吸水樹脂用於光纜、電纜上，可以避免電纜破損時
水的進入，在該方面的年需求增長率為30%。
高吸水樹脂的製備方法很多，合成原料豐富，生產工藝各異。雖 然我國在高吸水樹脂的研究上取得了一定的成果，但與國外相比，差 距還相當大，如樹脂的吸水倍數低、耐鹽性能差、吸水後的凝膠強度 低、生產工藝複雜、產品成本高等，特別在吸水理論、吸水劑的性能 和應用方面的研究還不多，工業化生產廠家生產的品種和數量還比較 少，有許多工作需要人們深入去做。我們應該充分發揮我國澱粉、纖 維素天然資源豐富的優勢，生產出高品質的適合我國國情的高吸水樹 脂，為高吸水樹脂成為我國第三大農用化學品和應用於各個領域奠定 基礎。
高吸水樹脂吸水極強，其吸水後溶漲為凝膠，當受到外力擠壓時，水也不易流失，具有優良的保水性能。高吸水樹脂是一種新型的高分 子材料。高吸水樹脂作為一種功能高分子材料，誕生於20世紀60年代。
在日本被譽為20世紀90年代新技術之一。澱粉是較好的合成高吸水樹
脂的原料之一。目前，用澱粉合成的高吸水樹脂發展非常迅速。由於 用改性澱粉製備的超強吸水性具有吸收倍率高、速度快等優點，所以 改性澱粉在吸水劑中具有更廣闊的應用前景。
澱粉是一種可再生、來源廣泛的天然高分子化合物。澱粉與丙烯 腈、丙烯酸、丙烯醯胺等親水性烯類單體的接枝共聚物是目前高吸水 樹脂市場中的品種之一。並且由於澱粉價格低廉、生物降解性能好， 在--次性使用的個人衛生品市場上相對其它合成系列有明顯的優勢。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種含鉀和氮高吸水樹脂的製備 方法，這種製備方法以馬鈴薯澱粉、丙烯酸、過硫酸鉀、氫氧化鈉、 氫氧化鉀及氨水等為原料，經合理配比，通過一定的工藝過程及生產 工藝製得含鉀和氮高吸水樹脂。
本發明的技術問題是由如下方案解決的 一種含鉀和氮高吸水樹 脂的製備方法，其特徵是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱分離或 使用減壓蒸餾的方法以除去其中的阻聚劑，在冰水浴冷卻下,用總濃 度為250/^氫氧化鈉和氫氧化鉀混合溶液與丙烯酸進行中和反應，丙
烯酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀的重量比是1:0.10-0.51:0.01，馬鈴薯 澱粉與去離子水以1:4-6的重量比混合，在6(TC-7CTC下進行糊化， 將中和後的丙烯酸及其鹽和糊化後的馬鈴薯澱粉混合，其中糊化馬鈴 薯澱粉、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀和丙烯酸的重量比是 1:0. 24—L 19:0,026:0.80—0,07，加入馬鈴薯澱粉重量L 0%-2. 0%的 過硫酸鉀做引發劑，在氮氣保護下攪拌0.5-l.O小時，使混合物在攪 拌均勻混合，之後用水浴加熱逐漸升溫直至溫度達到9(TC-IO(TC,使馬鈴薯澱粉與丙烯酸及其鹽進行接枝共聚反應，反應過程在氮氣保護
下進行，並使混合物在90°C-IO(TC條件下保溫反應1-2小時，在 4(TC-6(TC的烘箱中烘乾至恆重，粉碎，產品用氨水浸泡1-2天，濾 去游離的氨水，用無水乙醇離析產品，自然晾乾，再經過烘乾，粉碎， 即得含鉀和氮高吸水樹脂。
本發明的優點是1、該產品的性能很好，最高吸去離子水量在 1400-1600倍，吸自來水量在400-500倍，吸生理鹽水量在140-160 倍，吸人工尿140-160倍，與市場上同類產品相比，吸水量是其兩倍 以上。2、該產品以馬鈴薯澱粉為原料，由於馬鈴薯澱粉與其它澱粉 結構不同，使其吸水量最高出現在中和度較低的30%，而不是在較高 中和度時出現，這樣就為該產品進一步與氨水反應增加氮元素的含量 提供了便利。3、生產該產品的原料是馬鈴薯澱粉，它是我國北方地 區產量非常大的農產品，該產品的推廣會給我國北方地區農產品的深 加工拓展出一條新的道路，使農民增加收入。4、該產品中含有植物 生長所必需的鉀和氮元素，作為土壤水分保持是一舉兩得的產品。5、 本發明中的原料配比、馬鈴薯澱粉糊化溫度、引發劑用量與其他產品 的工藝均有顯著的不同，具體如下(l)反應物的配比是指馬鈴薯澱粉 和丙烯酸的質量之比。原料配比是影響吸水率的重要因素之一。這是 因為丙烯酸含量的多少直接影響接枝聚合物的分子量，從而影響產物 的吸水性能。另外，接枝共聚中空間位阻效應和丙烯酸的自聚現象也 會使產物的吸水率降低。綜合考慮，最終馬鈴薯澱粉與丙烯酸重量比 為1:4-6。 (2)澱粉的糊化是指澱粉在適當的溫度下，在水中發生溶 脹、分裂，形成均勻的糊狀溶液。溫度過高會導致"老化"，在水中 不易分散，使接枝率降低，吸水能力下降；溫度過低則澱粉發生不了 糊化作用。馬鈴薯澱粉比較適合的糊化溫度是6(TC-7(TC。 (3)引發 劑濃度增加，體系中自由基數目增多，加快了接枝聚合反應的速率，接枝率也相應增加，故吸水率增加；但引發劑過量，產生的過多自由 基易引起鏈轉移和鏈終止反應，反而會使接枝率下降，即接枝鏈不易 增長，聚合物分子量較小，大分子間作用力也小，在水分子作用下會 部分溶解，導致吸水率下降。因此採用引發劑用量為澱粉質量的
1. 0%-2. 0%。
含鉀和氮高吸水樹脂粉碎後可用於一次性使用的個人衛生用品， 更重要的是可以用於水土保持，高吸水樹脂可以改變土壤的團粒結 構，增大土壤的透水性、透氣性，並可將雨水或灌溉水儲存起來，在 乾旱地區土壤的水分保持、沙漠防治方面有很大的作用，並且還可以 為植物提供其生長所必需的氮和鉀等營養元素。
圖1是本發明含鉀和氮高吸水樹脂的製備工藝流程圖
圖2是氫氧化鉀的含量對產品吸水率影響的曲線圖
圖3是中和度對產品吸去離子水率影響的曲線圖
圖4是中和度對產品吸自來水率影響的曲線圖
圖5是中和度對產品吸生理鹽水率影響的曲線圖
圖6是高吸水樹脂吸水速率的曲線圖
圖7是高吸水樹脂耐鹽性的曲線圖
圖8是中和度為30%含鉀和氮高吸水樹脂的紅外光譜圖
以中和度為30%的高吸水樹脂為例，經由NEXUSjm 670 FT-IR
E.S.P型紅外光譜儀，由內蒙古大學測定。
IR光譜主要吸收峰(0/cm'): 3480.91(非常強)，2929.59，
2736.07， 2168.23， 1926.91， 1712.44， 1577.33 (強)，1445.54，
1401.86， 1318.03, 1159.33， 1079.40， 1020.47， 928.26， 899.01，
853.65, 776.36， 617.82， 570.30， 521.79， 427.76。中和度為30%的含鉀和氮高吸水樹脂的元素分析數據
以中和度為30%的含鉀和氮的高吸水樹脂為例，經德國
Elementar Vario ELIII型元素分析儀器測定，產品的含量為
N%=7.127; C%=35,41; H%=6.453。
具體實施例方式
實施例1:稱量4. 7g氫氧化鈉和0. 4g氫氧化鉀，量取15. 0ml 去離子水，配製25%的氫氧化鈉和氫氧化鉀混合溶液(其中氫氧化 鉀所佔的中和度為1.7%)，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和 30.0g(28.6ml)丙烯酸。稱取5.0g馬鈴薯澱粉，量取25.0ml去離子 水，攪拌下混合均勻，於65。C水浴中糊化，然後冷卻至室溫，加入 79.8mg過硫酸鉀引發劑和已中和的丙烯酸及丙烯酸溶液，在氮氣保 護下，於室溫下攪拌半小時，使其混合均勻。攪拌下加熱，控制加熱 速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應充分進行，當溫度達到8(TC時 停止攪拌。繼續逐漸升溫，當水浴溫度為9(TC-10(TC時，繼續加熱 使其在該溫度範圍內反應卜2小時，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產 品取出，將其剪切成小塊，於4(TC-6CTC的烘箱中烘乾，粉碎產品。 將產品用氨水浸泡1.5天，濾去游離的氨水，後用無水乙醇離析，烘 幹至恆重，粉碎。即得中和度(為氫氧化鈉、氫氧化鉀中和丙烯酸的 百分比和)30%的含鉀和氮高吸水樹脂。
實施例2:稱量8. Og氫氧化鈉和0. 4g氫氧化鉀，量取25. Oml 去離子水，配製25%的氫氧化鈉和氫氧化鉀混合溶液(其中氫氧化 鉀所佔的中和度為1.7%)，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和 30. Og (28.6ml)丙烯酸。稱取5. Og馬鈴薯澱粉，量取25.0ml去離 子水，攪拌下混合均勻，於65r水浴中糊化，然後冷卻至室溫，加 入81. 2mg過硫酸鉀引發劑和已中和的丙烯酸及丙烯酸溶液，在氮氣 保護下，於室溫攪拌半小時，使其混合均勻。攪拌下加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，並使反應充分進行，當溫度達到
80'C時停止攪拌。此後逐漸升溫，當水浴溫度為90°C-100°C，繼續 加熱使其在該溫度範圍內反應1-2小時，停止通氮氣，冷卻至室溫。 將產品取出，將其剪切成小塊，於4(TC-6(TC的烘箱中烘乾至恆重， 粉碎。將產品用氨水浸泡1.5天，濾去游離的氨水，後用無水乙醇離 析，烘乾至恆重，粉碎。即得中和度(為氫氧化鈉、氫氧化鉀中和丙 烯酸的百分比和)50%的含鉀和氮高吸水樹脂。
權利要求
1、一種含鉀和氮高吸水樹脂的製備方法，其特徵是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱分離除去其中阻聚劑，在冰水浴冷卻下，用總濃度為25％氫氧化鈉和氫氧化鉀混合溶液與丙烯酸進行中和反應，丙烯酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀的重量比是1∶0.10-0.51∶0.01，馬鈴薯澱粉與去離子水以1∶4-6的重量比混合，在60℃-70℃下進行糊化，將中和後的丙烯酸及其鹽和糊化後的馬鈴薯澱粉混合，其中糊化馬鈴薯澱粉、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀和丙烯酸的重量比是1∶0.24-1.19∶0.026∶0.80-0.07，加入馬鈴薯澱粉重量1.0％-2.0％的過硫酸鉀做引發劑，在氮氣保護下攪拌0.5-1.0小時，使混合物在攪拌均勻混合，之後用水浴加熱逐漸升溫直至溫度達到90℃-100℃，使馬鈴薯澱粉與丙烯酸及其鹽進行接枝共聚反應，反應過程在氮氣保護下進行，並使混合物在90℃-100℃條件下保溫反應1-2小時，在40℃-60℃的烘箱中烘乾至恆重，粉碎，產品用氨水浸泡1-2天，濾去游離的氨水，用無水乙醇離析產品，自然晾乾，再經過烘乾，粉碎，即得含鉀和氮高吸水樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種含鉀和氮高吸水樹脂的製備方法，主要工藝過程是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱除去阻聚劑，在冰水浴下，氫氧化鈉、氫氧化鉀混合溶液與丙烯酸進行中和反應，馬鈴薯澱粉與去離子水混合、糊化，將中和後的丙烯酸及其鹽和糊化後的馬鈴薯澱粉混合，加入引發劑過硫酸鉀，在氮氣保護下攪拌均勻，後用水浴加熱升溫，使馬鈴薯澱粉與丙烯酸及其鹽在氮氣保護下進行接枝共聚反應，並保溫反應，烘乾、粉碎，用氨水浸泡，後用無水乙醇離析，再次烘乾、粉碎，即得含鉀和氮的高吸水樹脂。本方法製備的高吸水樹脂與同類產品相比，其吸水量有了大大的提高並含有鉀和氮營養元素。本方法製備的高吸水樹脂在乾旱地區土壤的水分保持、沙漠防治和植物生長等方面有很大的作用。
文檔編號C07C57/07GK101302272SQ20071009743
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月11日 優先權日2007年5月11日
發明者劉潤花, 張瑋琦, 佳 李, 溫國華, 目仁更 申請人:內蒙古大學