可生物降解的農用保水材料及其製備方法
2023-10-06 02:39:49 5
專利名稱：可生物降解的農用保水材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於複合材料領域，涉及一種保水劑，具體涉及一種可生物降解的農用保水材料及其製備方法。
背景技術：
保水材料的應用領域很廣泛，尤其是在農業保溼、土壤改良等方面有著優越的應用前景。但是，目前保水材料主要有丙烯酸類、澱粉類和纖維素類等三大類。目前應用最廣泛的、生產量最大的是丙烯酸類保水劑，優點是吸水力強，吸水速度快，缺點是不能降解，釋放水的能力較差，而且耐鹽鹼性差。澱粉類保水劑的優點成本較低，生物降解，不汙染土壤，但缺點是耐鹽鹼性差，降解速度過快，使用壽命較短，無法起到緩釋的功能。纖維素類保水劑的優點是耐鹽鹼性好，但缺點是吸水性差。CNlOl 104664A公開了利用丙烯酸和丙烯醯胺共聚製備保水劑的方法。該方法生產的保水劑雖然吸水性更高(脫鹽水300-1500倍)，凝膠強度高，耐鹽鹼性突出，但是其仍然不能生物降解，長期可能會導致土壤板結。CN03120346公開了一種有機-無機複合保水劑及其製備方法，即利用丙烯酸和凹凸棒土混合後在引發劑和交聯劑的作用下，60-90°C反應
3-5小時得到保水材料。該保水劑雖然成本低，吸水性較好，但是其不能降解，長期使用會影響土壤的成分，而且反應時間較長，生產效率較低。CN1631970A採用澱粉、凹凸棒土與丙烯醯胺在水溶液中經過共聚、交聯、鹼水解、洗滌、乾燥、粉碎、過篩等工序製得複合型保水劑。該保水劑雖然吸水性較好，也可以降解，但是該生產方法需要對凹凸棒土先 進行鹽酸浸泡24小時，再與丙烯醯胺、澱粉等共聚反應
3-5小時，然後再鹼洗I小時，最後乾燥很久至恆重，該生產方法生產效率過低，而且凹凸棒土為無機填料，長期使用後殘留在土壤中會影響土壤的組分。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的問題，提供一種可生物降解的農用保水材料，既能生物降解，又能具有優異的凝膠強度，高耐鹽鹼性，不影響土壤的組分。本發明同時提供一種可生物降解的農用保水材料的製備方法，方法簡單，生產高效，成本低廉。本發明所述的可生物降解的農用保水材料，各組分及其組分的重量分數為:生物降解樹脂:10-30%、吸水性單體:10-30%、自由基引發劑:0.1-1%、可再生材料:20-60%、多元醇:10-15% 和水:5-10%o生物降解樹脂為脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇得到的脂肪族聚酯，脂肪族醇酸化合物得到的脂肪族聚酯或脂肪族二元羧酸、芳香族二元羧酸與脂肪族二元醇得到的半芳香族聚酯。生物降解樹脂在生物降解樹脂的降解過程中，又可以起到一定的緩釋功能。生物降解樹脂為聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯(PBSA)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇酯(PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚丁二酸-對苯二甲酸-丁二醇酯(PBST)、聚丙撐碳酸酯(PPC)、聚乙撐碳酸酯(PEC)或聚羥基烷酸酯系列的一種或多種。聚羥基烷酸酯系列為聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基丁酸-戊酸酯(PHBV)、聚羥基丁酸-己酸酯(PHBHX)或聚3，4-羥基丁酸酯(P3，4-HB))的一種或多種。吸水性單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、異丙基丙烯酸、二甲基丙烯酸、羥甲基丙烯酸、丙烯酸鈉、甲基丙烯酸鈉、異丙基丙烯酸鈉、二甲基丙烯酸鈉、羥甲基丙烯酸鈉等、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、異丙基丙烯醯胺、雙丙烯醯胺、二甲基丙烯醯胺、羥甲基丙烯醯胺或甲叉雙丙烯醯胺的一種或多種。自由基引發劑為可以引發自由基反應的化合物，主要包括過氧化苯甲醯(BP0)、過氧化十二醯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化特戊酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己酯、偶氮二異丁腈(AIBN)、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、過氧化二異丙苯(DCP)、過氧化二叔丁基或二叔丁基過氧化二異丙苯(BIPB)的一種或多種。本發明以生物降解樹脂為保水劑的載體，通過加入吸水性單體，利用高效自由基引發劑使得吸水性單體與生物降解樹脂發生接枝共聚，從而使得保水材料具有優異的凝膠強度，而且耐鹽鹼性提高。可再生材料為可以持續發展再生的材料為澱粉、木粉、竹粉、麵粉或纖維素的一種或多種。可再生材料的引入不但可以降低成本，也可以進一步提高其吸水性，還可以調節保水劑的降解速度。所述的澱粉為玉米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、小麥澱粉、綠豆澱粉或紅薯澱粉的一種或多種。澱粉是一種含葡萄糖單元的天然高分子材料，分子鏈上大量的羥基使其獲得了良好的吸水性。而且澱粉和生物降解樹脂降解後對土壤起到一定得增肥作用，且澱粉在使用時不需要乾燥。多元醇為含有2個以上羥基的小分子化合物或低分子量聚合物，為液體狀，液體狀多元醇為乙二醇、丙二醇、 丁二醇、丙三醇、聚乙烯醇(分子量< 500)、聚乙二醇(分子量(500)、木糖醇、山梨醇或甘露醇的一種或多種。由於保水劑中有一定含量的生物降解樹月旨，保水劑的吸水性會損失較多，多元醇組分在改善吸水性的同時，還可以起到增塑澱粉，使其獲得流動性，從而提高生產效率。本發明的製備方法如下:各種組分在混合機內混合均勻後，加入到雙螺杆擠出機中擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，最後切粒機切粒，粉碎過篩後得到多孔的保水性粒子。擠出溫度為120_190°C。雙螺杆擠出機能夠保證生產的高效率、降低生產成本。利用雙螺杆擠出機的高溫、高剪切、高效率等特點，不但可以使吸水性單體與生物降解樹脂快速的發生接枝反應，而且還可以利用雙螺杆擠出機的生產特點，引入水這個組分，水一方面對澱粉等可再生材料有一定的增塑作用。擠出過程無需真空，由於擠出過程中不抽真空，水蒸氣可以使得擠出的料條發生無規則的發泡，從而使得保水材料得到一種不規則的、比表面積較大的、多孔的物理吸水結構。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
本發明可生物降解的農用保水材料，具有比表面積較大的、多孔的物理不規則吸水結構，進一步提高了保水劑的吸水性，優異的凝膠強度和高耐鹽鹼性。且能生物降解，不影響土壤的組分，不會對環境造成汙染。本發明製備方法簡單，配方易於調整，無需真空，生產高效率，生產穩定性好，成本低廉。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。實施例1:將25份PBS、30份丙烯酸、30份玉米澱粉、10份甘油、5份水和0.3份DCP依次加
入到混合機中混合，混合均勻後放出備用。然後將混合料加入雙螺杆擠出機中，在160°C下擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，然後用切粒機切粒，最後粉碎，50目過篩，得到淡黃色多孔的保水性顆粒。每克顆粒可吸收蒸餾水423克。實施例2:將30份PCL、10份丙烯酸鈉、40份木粉、15份山梨醇、5份水、0.1份BIPB依次到混合機中混合，混合均勻後放出備用。然後將混合料加入雙螺杆擠出機中，在190°C下擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，然後用切粒機切粒，最後粉碎，50目過篩，得到淡黃色多孔的保水性顆粒。每克顆粒可吸收蒸餾水572克。實施例3:將10份PBAT (熔點110_120oC)、20份丙烯醯胺、50份木薯澱粉、10份聚乙二醇(分子量300)、10份水、I份BPO依次到混合機中混合，混合均勻後放出備用。然後將混合料加入雙螺杆擠出機中，在140°C下擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，然後用切粒機切粒，最後粉碎，50目過篩，得到淡黃色多孔的保水性顆粒。每克顆粒可吸收蒸餾水586克。實施例4:將27份PLA、28份羥甲基丙烯酸、20份竹粉、15份木糖醇、10份水、0.5份AIBN依次到混合機中混合，混合均勻後放出備用。然後將混合料加入雙螺杆擠出機中，在140°C下擠出，料條自然發泡後， 經風冷冷卻，然後用切粒機切粒，最後粉碎，50目過篩，得到淡黃色多孔的保水性顆粒。每克顆粒可吸收蒸餾水465克。
權利要求
1.一種可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，各組分及其組分的重量分數為: 生物降解樹脂:10-30%、吸水性單體:10-30%,自由基引發劑:0.1-1%、可再生材料:20-60%、多元醇:10-15% 和水:5-10%o
2.根據權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，生物降解樹脂為脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇得到的脂肪族聚酯或脂肪族醇酸化合物得到的脂肪族聚酯或脂肪族二元羧酸、芳香族二元羧酸與脂肪族二元醇得到的半芳香族聚酯。
3.根據權利要求1或2所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，生物降解樹脂為聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸-己二酸-丁二醇酯、聚乳酸、聚己二酸-對苯二甲酸-丁二醇酯、聚己內酯、聚乙醇酸、聚丁二酸-對苯二甲酸-丁二醇酯、聚丙撐碳酸酯、聚乙撐碳酸酯或聚羥基烷酸酯系列的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，聚羥基烷酸酯系列為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸-戊酸酯、聚羥基丁酸-己酸酯或聚3，4-羥基丁酸酯的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，吸水性單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、異丙基丙烯酸、二甲基丙烯酸、羥甲基丙烯酸、丙烯酸鈉、甲基丙烯酸鈉、異丙基丙烯酸鈉、二甲基丙烯酸鈉、羥甲基丙烯酸鈉、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、異丙基丙烯醯胺、雙丙烯醯胺、二甲基丙烯醯胺、羥甲基丙烯醯胺或甲叉雙丙烯醯胺的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，自由基引發劑為氧化苯甲醯、過氧化十二醯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化特戊酸叔丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己酯、偶氮二異丁腈、異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基或二叔丁基過氧化二異丙苯的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，可再生材料為澱粉、木粉、竹粉、麵粉或纖維素的一種或多種。
8.根據權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料，其特徵在於，多元醇為液體狀，液體狀多元醇為乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、分子量< 500的聚乙烯醇、分子量< 500的聚乙二醇、木糖醇、山梨醇或甘露醇的一種或多種。
9.一種權利要求1所述的可生物降解的農用保水材料的製備方法，其特徵在於，製備步驟如下: 各種組分在混合機內混合均勻後，加入到雙螺杆擠出機中擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，最後切粒機切粒，粉碎過篩後得到多孔的保水性粒子。
10.根據權利9所述的可生物降解的農用保水材料的製備方法，其特徵在於，擠出溫度為 120-190°C。
全文摘要
本發明涉及一種可生物降解的農用保水材料及其製備方法，各組分及其組分的重量分數為生物降解樹脂10-30%、吸水性單體10-30%、自由基引發劑0.1-1%、可再生材料20-60%、多元醇10-15%和水5-10%。製備步驟為各種組分在混合機內混合均勻後，加入到雙螺杆擠出機中擠出，料條自然發泡後，經風冷冷卻，最後切粒機切粒，粉碎過篩後得到多孔的保水性粒子。本發明新型的可生物降解的保水劑，既能生物降解，不影響土壤的組分，且耐鹽鹼性高。且製備方法簡單，無需真空，生產高效率，成本低廉。
文檔編號C08K5/06GK103145931SQ20131009722
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者龐買只, 盧偉, 李宗華 申請人:山東匯盈新材料科技有限公司