專利名稱：一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種吸水材料及其制備，尤其涉及一種 以馬鈴薯莖葉、有機(jī)蒙脫土為原料，復(fù)合而成的高吸水復(fù)合材料。本發(fā)明還涉 及一種該復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
馬鈴薯屬一年生草本植物，在我國分布很廣。由于其莖葉不能食用， 一般 被拋棄。這樣既是一種浪費(fèi)，又會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。鑒于其主要成分是纖維素， 所以可以用來制備吸水材料。蒙脫土是一種層間吸附有金屬陽離子的層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，插層劑可通 過離子交換作用進(jìn)入片層之間，使片層間距增大，聚合物可通過插層復(fù)合進(jìn)入 層間，形成插層型或剝離型的納米復(fù)合材料，從而改善吸水材料的吸水性能， 增加凝膠強(qiáng)度，同時(shí)還能降低產(chǎn)品成本，所以，有機(jī)蒙脫土可以用來制備高吸 水材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種以廢棄馬鈴薯莖葉、有機(jī)蒙脫土為原料制備的 復(fù)合高吸水材料。本發(fā)明的另一目的是提供一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法。本發(fā)明的廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材料，是由以下質(zhì)量份 的原料配制而成有機(jī)蒙脫土 3~20份 馬鈴薯莖葉15 80份 丙烯酰胺30-90份 丙烯酸30 90份。本發(fā)明廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材料的制備方法，是將馬 鈴薯莖葉經(jīng)干燥、粉碎后，在微波輻射下與丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚，同時(shí)與機(jī)蒙脫土復(fù)合，從而制備成的有機(jī)無機(jī)復(fù)合型吸水材料。具體工藝步驟如下① 將有機(jī)蒙脫土分散于原料總量6 14倍的蒸餾水中；再加入干燥粉碎的 馬鈴薯莖葉；② 加入所述配比量的丙烯酰胺、丙烯酸，在攪拌下加入原料總量0.3% 3% 的引發(fā)劑和原料總量0.3%~3%的交聯(lián)劑，攪拌均勻，得到預(yù)反應(yīng)物；③ 將預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，在輻射功率150 250W下，微波輻射 3-8min，進(jìn)行接枝聚合；④ 反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡1 10小時(shí)后烘干，粉碎即得。 本發(fā)明采用的馬鈴薯莖葉采用經(jīng)乙醇提取茄尼醇后的馬鈴薯莖葉廢渣。 本發(fā)明采用的有機(jī)蒙脫土為用芐基三甲基溴化銨改性的蒙脫土。 本發(fā)明所述引發(fā)劑為過硫酸鉀；交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。 本發(fā)明釆用的丙烯酸，是在冰水浴中，以20%的氫氧化鈉中和后的丙烯酸鹽與丙烯酸的混合物，其中和度為50~90%。本發(fā)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、丙烯酰 胺接枝共聚，同時(shí)與機(jī)蒙脫土復(fù)合，形成高吸水性能的復(fù)合材料。復(fù)合材料經(jīng) 過紅外光譜圖、熱重分析、XRD分析，證明聚合物通過插層復(fù)合進(jìn)入蒙脫土 的片層間，形成了剝離型的納米復(fù)合材料，從而改善吸水材料的吸水性能，增 加凝膠強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性能，同時(shí)還能降低產(chǎn)品成本。復(fù)合材料通過對(duì)比原料的紅外光譜圖可知，丙烯酸與丙烯酰胺已成功的接 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酰胺發(fā)生了反應(yīng)， 形成了有機(jī)無機(jī)復(fù)合型高吸水材料。通過復(fù)合材料的熱重分析，可以看出，有機(jī)蒙脫土的加入提高了復(fù)合材料 的熱穩(wěn)定性能，進(jìn)一步證明了有機(jī)無機(jī)復(fù)合型高吸水材料的形成。通過對(duì)比原料與復(fù)合材料的XRD圖，可以看見，復(fù)合材料的20角消失了， 說明聚合物通過插層復(fù)合進(jìn)入蒙脫土的片層間，形成了剝離型有機(jī)無機(jī)復(fù)合高 吸水材料。本發(fā)明制備的廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土高復(fù)合材料，經(jīng)測定，其吸蒸 餾水倍率可達(dá)自身干重的200-780倍，吸鹽水(0.9%)倍率可達(dá)自身干重的 20~70倍。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明以廉價(jià)的馬鈴薯莖葉廢棄物、有機(jī)蒙脫土為原料，經(jīng)微波輻射 合成新型吸水材料，其成本低，吸水性能好；同時(shí)減輕了廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染，做到了變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)再利用。2、 本發(fā)明由于使用了微波技術(shù)，使反應(yīng)周期比常規(guī)反應(yīng)大大縮短，能耗 低，提高了效率。3、 由于發(fā)明應(yīng)用了天然材料為原材料，制得的產(chǎn)品具有良好的生物降解 性能，且無毒副作用，是一種綠色環(huán)保的優(yōu)良產(chǎn)品。4、 本發(fā)明的工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明所涉及的原料及產(chǎn)物的紅外光譜圖 a~有機(jī)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酰胺的紅外光譜圖d——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯酰胺復(fù)合有機(jī)蒙脫土的紅外光譜2為本發(fā)明所涉及的復(fù)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酰胺復(fù)合有機(jī)蒙脫土的熱重圖 b——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯酰胺的熱重分析圖 圖3為本發(fā)明所涉及的原料與復(fù)合材料的XRD圖 a^有機(jī)蒙脫土的XRD圖b——馬鈴薯莖葉接枝共聚丙烯酸與丙烯酰胺復(fù)合有機(jī)蒙脫土的XRD圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例一取0.106 kg有機(jī)蒙脫土分散在11的kg水中，再將0.264 kg馬鈴薯莖葉 (干燥、粉碎、用200目篩濾過后)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸 鉀0.008 kg， N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0.006kg，丙烯酰胺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?jǐn)嚢杈鶆颍?得到預(yù)反應(yīng)物；然后將得到的預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，調(diào)節(jié)輻射功率為 180W,輻射時(shí)間5.5min，進(jìn)行接枝聚合。反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡4 小時(shí)后在4(TC下烘干，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(shí)施例二取0.096kg有機(jī)蒙脫土分散在12kg水中，再將0.286kg馬鈴薯莖葉(干燥、 粉碎、用200目篩濾過后)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.008kg, N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0.018kg，丙烯酰胺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?jǐn)嚢杈鶆颍玫筋A(yù)反應(yīng)物； 然后將得到的預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，調(diào)節(jié)輻射功率為180W，輻射時(shí) 間3.5min，進(jìn)行接枝聚合。反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡8小時(shí)后在50°C 下烘干，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(shí)施例三取0.06kg有機(jī)蒙脫土分散在13kg水中，再將0.3kg馬鈴薯莖葉(干燥、 粉碎、用200目篩濾過后)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.008kg， N,N-亞甲基雙丙烯酰胺0.008 kg，丙烯酰胺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?jǐn)嚢杈鶆虻妙A(yù)反應(yīng)物；然后將 得到的預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，調(diào)節(jié)輻射功率為180W，輻射時(shí)間為 4.5min，進(jìn)行接枝聚合。反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡10小時(shí)后在30'C下 烘干，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(shí)施例四取0.12kg有機(jī)蒙脫土分散在14kg水中，再將0.3kg馬鈴薯莖葉(干燥、 粉碎、用200目篩濾過后)加入其中，混合均勻，再依次加入過硫酸鉀0.006kg， N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0.010kg，丙烯酰胺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?jǐn)嚢杈鶆虻妙A(yù)反應(yīng)物；然后 將得到的預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，調(diào)節(jié)輻射功率為180W，輻射時(shí)間為 6.5min,進(jìn)行接枝聚合。反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡6小時(shí)后在3(TC下烘 干，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(shí)施例中的采用的馬鈴薯莖葉是經(jīng)乙醇提取茄尼醇后的馬鈴薯莖 葉廢渣；采用的有機(jī)蒙脫土是用芐基三甲基溴化銨改性的蒙脫土。
權(quán)利要求
1、一種廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材料，是由以下質(zhì)量份的原料配制而成有機(jī)蒙脫土3～20份馬鈴薯莖葉15～80份丙烯酰胺30～90份丙烯酸30～90份。
2、 如權(quán)利要求1所述廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材料的制備 方法，包括以下工藝步驟① 按所述質(zhì)量配比的有機(jī)蒙脫土分散于原料總量6~14倍的蒸餾水中；再 加入干燥粉碎的馬鈴薯莖葉；② 加入所述配比量的丙烯酰胺、丙烯酸，在攪拌下加入原料總量0.3%~3°/。 引發(fā)劑和原料總量0.3%~3%的交聯(lián)劑，攪拌均勻，得到預(yù)反應(yīng)物；③ 將預(yù)反應(yīng)物置于微波反應(yīng)裝置中，在輻射功率150 250W下，微波輻射 3 8min，進(jìn)行接枝聚合；④ 反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物用甲醇浸泡1 10小時(shí)后烘干，粉碎即得。
3、 如權(quán)利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為過硫酸鉀。
4、 如權(quán)利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法，其特征在于所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。
5、 如權(quán)利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法，其特征在于所述丙烯酸是在冰水浴中，以20%的氫氧化鈉中 和后的丙烯酸鹽與丙烯酸的混合物，其中和度為50 卯％。
6、 如權(quán)利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法，其特征在于所述有機(jī)蒙脫土是用芐基三甲基溴化銨改性的蒙 脫土。
7、 如權(quán)利要求2所述微波輻射廢棄馬鈴薯莖葉/有機(jī)蒙脫土復(fù)合高吸水材 料的制備方法，其特征在于所述馬鈴薯莖葉采用經(jīng)乙醇提取茄尼醇后的馬鈴薯莖葉廢渣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以廢棄馬鈴薯莖葉、有機(jī)蒙脫土為原料制備的復(fù)合高吸水材料。該復(fù)合高吸水材料是將馬鈴薯莖葉經(jīng)干燥、粉碎后，在微波輻射下與丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚，同時(shí)與有機(jī)蒙脫土復(fù)合，從而制備成有機(jī)無機(jī)復(fù)合型吸水材料。本發(fā)明所制備的吸水材料經(jīng)測定吸蒸餾水倍率可達(dá)自身干重的200～780倍，吸鹽水(0.9％)倍率可達(dá)自身干重的20～70倍。
文檔編號(hào)C08K9/04GK101402708SQ20081023228
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者繼 張, 燕 梁, 王云普 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)