以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法,特征是：將一定量的氫氧化鈉溶液與葵花盤粉末在三口瓶中混合，使葵花盤充分溶脹后向混合物中滴加氫氧化鈉溶液，在30℃水浴鍋中攪拌1h后向上述混合物中滴加氯乙酸鈉溶液,使其混合均勻，將混合物倒入不銹鋼盤中在70℃的烘箱中反應(yīng)2h，用70%的乙醇洗滌，烘干、粉碎，即得羧甲基葵花盤。將丙烯酸及其鈉鹽、羧甲基葵花盤、過硫酸鉀、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺與去離子水在反應(yīng)瓶中混合均勻，氮?dú)獗Ｗo(hù)，水浴加熱并攪拌，達(dá)到聚合溫度時停止攪拌，繼續(xù)加熱，在沸水浴中保溫反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)猓〕龇磻?yīng)物，放入40℃-60℃的鼓風(fēng)烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得產(chǎn)品。
【專利說明】以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以羧甲基葵花盤、丙烯酸等為主要原料來合成高吸水樹脂的方法。這種方法制得的高吸水樹脂在很多領(lǐng)域都有廣泛的用途，如在農(nóng)林業(yè)中可以改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤的透水性、透氣性、改善土壤的保濕性能；在石油化工中可用作油田處理劑、油水分離劑等，并在上述領(lǐng)域都取得了很大的成功。

【背景技術(shù)】
[0002]高吸水樹脂(Superabsorbent Resin, SAR), 又稱為高吸水性聚合物(Superabsorbent Polymer, SAP)、超強(qiáng)吸水劑等，它是一種含有大量-OH、-C00H、-COONa, -CONH2等強(qiáng)親水基團(tuán)，經(jīng)適度交聯(lián)具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，因其吸水后具有凝膠的基本性能，通常也被稱作水凝膠。它不溶于水也不溶于有機(jī)溶劑，與水作用可以吸收其自身重量幾百倍乃至數(shù)千倍的水，即使在加壓的條件下也不容易脫去，并且對光、熱、酸及堿的穩(wěn)定性好，同時還具有良好的生物降解性能。
[0003]高吸水性樹脂的種類很多，所用原料、工藝及條件也各不相同。根據(jù)近10年高吸水樹脂的發(fā)展情況，高吸水樹脂主要分為3大系列。①淀粉系(包括淀粉、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉磺原酸鹽等的接枝聚合物)；②纖維素系(包括纖維素、羧甲基化纖維素、羥丙基化纖維素、磺原酸化纖維素等的接枝聚合物)合成聚合物系(包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類、無機(jī)聚合物類等)。
[0004]在上述各種類型中，主要用的親水性單體為丙烯酸，以往高吸水樹脂合成中親水性單體的使用量均很大，這就大大增加了高吸水樹脂的合成成本，從而導(dǎo)致高吸水樹脂難以推廣和應(yīng)用，并且國內(nèi)的高品質(zhì)高吸水樹脂產(chǎn)品大多依靠進(jìn)口，所以研究新的方法或研制新的品種，生廣出聞品質(zhì)的聞吸水樹脂廣品，提聞國內(nèi)聞吸水樹脂廣品在世界市場的占有率是非常重要的。
[0005]本發(fā)明主要是以羧甲基葵花盤、丙烯酸等為主要原料來合成高吸水樹脂產(chǎn)品，主要用于農(nóng)業(yè)及荒漠化治理等方面。羧甲基葵花盤是由葵花的副產(chǎn)物葵花盤經(jīng)羧甲基化制備的。植物纖維是一種可再生、來源廣泛的天然高分子化合物，并且它的價格低廉、生物降解性能好，因而產(chǎn)品將具有更好的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種廉價、制作過程簡單的羧甲基葵花盤制備高吸水樹脂的方法，這種制備方法主要以羧甲基葵花盤、丙烯酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺等為原料，經(jīng)合理配比，通過一定的工藝過程制得高吸水樹脂。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)問題是由如下方案解決的:以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法，其特征是:在冰水浴冷卻下，用氫氧化鈉溶液與除去阻聚劑的丙烯酸在三口瓶中進(jìn)行中和反應(yīng)，然后將中和后的丙烯酸及其鈉鹽、羧甲基葵花盤、過硫酸鉀、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺與去離子水加入到反應(yīng)瓶中，攪拌一定時間，使混合物溶解并混合均勻，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，水浴加熱并攪拌，達(dá)到聚合溫度時停止攪拌，繼續(xù)加熱，在沸水浴中保溫反應(yīng)2小時，然后停止通氮?dú)?，將反?yīng)物取出，剪切成小塊，在40°C -60°C的鼓風(fēng)烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水樹脂。
[0008]上述技術(shù)方案所述的以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法，羧甲基葵花盤與丙烯酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水的質(zhì)量比為1:3.00-9.00:0.67-3.11:0.03-0.05:0.008-0.024:18。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、該產(chǎn)品的原料羧甲基葵花盤制作過程簡單，本技術(shù)方案對羧甲基葵花盤的合成及純化工藝進(jìn)行了改進(jìn)與簡化，省略了粗產(chǎn)品的酸化與洗滌工序，采用水作為溶劑制得高粘度、高取代度、水溶性好的羧甲基葵花盤。2、該產(chǎn)品的合成成本低廉，生產(chǎn)該產(chǎn)品的初始原料是葵花盤，它是我國北方地區(qū)產(chǎn)量非常大的農(nóng)產(chǎn)品的副產(chǎn)物，因而可以起到廢物利用、變廢為寶的效果。該產(chǎn)品的推廣會給我國北方地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的深加工拓展出一條新的道路，從而使農(nóng)民增加收入。其次，由于羧甲基葵花盤及高吸水樹脂的合成工藝中都采用水作溶劑，這樣就大大降低了合成成本。3、羧甲基葵花盤制備過程中在70°C烘箱中加熱可以隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐步提高反應(yīng)物的濃度，從而減少氫氧化鈉、氯乙酸、碳酸鈉的投入量。4、該產(chǎn)品的吸水性能好，吸水速率比較快，吸去離子水最高可達(dá)2400倍左右，吸自來水量在300-500倍，吸生理鹽水量在180-310倍，吸人工尿量在165-200倍，與市場上銷售的聞吸水樹脂廣品相比，其吸水量有了大大的提聞。
[0010]本發(fā)明的以羧甲基葵花盤制備的高吸水樹脂粉碎后可以用于農(nóng)業(yè)及荒漠化治理等領(lǐng)域，高吸水樹脂可以改變土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增大土壤的透水性、透氣性，并可將雨水或灌溉水儲存起來，在干旱地區(qū)土壤的水分保持、沙漠防治方面有很大的作用，為植物生長提供充足的水源，同時也是農(nóng)作物的廢棄物高效還田的一種新方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1本發(fā)明高吸水樹脂的制備工藝流程圖圖2丙烯酸的中和度對吸水率影響的曲線圖圖3高吸水樹脂的吸液速率曲線圖
圖4高吸水樹脂的粒徑對吸水率的影響曲線圖圖5高吸水樹脂在不同溶液中的吸水率曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 羧甲基葵花盤的制備方法:在攪拌下，將一定量2.5%的氫氧化鈉溶液與粉碎后過80目篩的葵花盤粉末于三口瓶中混合，攪拌2h、浸泡12h使葵花盤充分溶脹，其中葵花盤與氫氧化鈉、去離子水的質(zhì)量比是1: 0.2: 7.8 ;向上述混合物中滴加氫氧化鈉溶液，在30°C水浴鍋中攪拌1.0h，氫氧化鈉、去離子水與葵花盤的質(zhì)量比是1:3:1，使混合物攪拌均勻；之后用滴液漏斗向上述反應(yīng)混合物中滴加氯乙酸被碳酸鈉中和100%的溶液，葵花盤、去離子水與氯乙酸、碳酸鈉的質(zhì)量比是1:2:0.368:0.206，調(diào)節(jié)水浴溫度到35°C，使堿化后的葵花盤與氯乙酸鈉溶液反應(yīng)，然后將混合物倒入不銹鋼盤中在70°C的烘箱中反應(yīng)2h，然后在烘箱中烘干、粉碎，用70%的乙醇洗滌，再烘干、粉碎，作為以下實(shí)施例中的原料。
[0013]實(shí)施例1:稱量2.5g羧甲基葵花盤，量取25ml去離子水，將上述物料充分?jǐn)嚢?。稱量4.17g氫氧化鈉，量取20ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液。在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和15g (14.3ml)丙烯酸。在反應(yīng)瓶中加入10mg過硫酸鉀引發(fā)劑、50mgN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和已中和的丙烯酸及其鈉鹽的溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r，使其混合均勻。同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到聚合溫度時停止攪拌。此后逐漸升溫，當(dāng)水浴溫度為90°C -100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)?，冷卻至室溫。將反應(yīng)物取出，將其剪成小塊，于40°C -50°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得丙烯酸的中和度為50%的高吸水樹脂，產(chǎn)品的吸水量為1350g/g。
[0014]實(shí)施例2:稱量2.5g羧甲基葵花盤，量取25ml去離子水，將上述物料充分?jǐn)嚢琛７Q量5.83g氫氧化鈉，量取20ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液。在冰水浴冷卻及攪拌的條件下,用配制好的氫氧化鈉溶液中和17.5g (16.7ml)丙烯酸。在反應(yīng)瓶中加入10mg過硫酸鉀引發(fā)劑、43mgN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和已中和的丙烯酸及其鈉鹽的溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r，使其混合均勻。同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到聚合溫度時停止攪拌。此后逐漸升溫，當(dāng)水浴溫度為90°C -100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)?，冷卻至室溫。將反應(yīng)物取出，將其剪成小塊，于40°C -50°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得丙烯酸的中和度為60%的高吸水樹脂，產(chǎn)品的吸水量為1510g/g。
[0015]實(shí)施例3:稱量2.5g羧甲基葵花盤，量取25ml去離子水，將上述物料充分?jǐn)嚢?。稱量6.67g氫氧化鈉，量取20ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液。在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和15g (14.3ml)丙烯酸。在反應(yīng)瓶中加入75mg過硫酸鉀引發(fā)劑、30mgN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和已中和的丙烯酸及其鈉鹽的溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r，使其混合均勻。同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到聚合溫度時停止攪拌。此后逐漸升溫，當(dāng)水浴溫度為90°C -100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)?，冷卻至室溫。將反應(yīng)物取出，將其剪成小塊，于40°C -50°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得丙烯酸的中和度為80%的高吸水樹脂，產(chǎn)品的吸水量為1870g/g。
[0016]實(shí)施例4:稱量2.5g羧甲基葵花盤，量取25ml去離子水，將上述物料充分?jǐn)嚢琛７Q量5.83g氫氧化鈉，量取20ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液。在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和15g (14.3ml)丙烯酸。在反應(yīng)瓶中加入75mg過硫酸鉀引發(fā)劑、25mgN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和已中和的丙烯酸及其鈉鹽的溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r，使其混合均勻。同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到聚合溫度時停止攪拌。此后逐漸升溫，當(dāng)水浴溫度為90°C -100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)猓鋮s至室溫。將反應(yīng)物取出，將其剪成小塊，于40°C -50°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得丙烯酸的中和度為70%的高吸水樹脂，產(chǎn)品的吸水量為2000g/g。
[0017]實(shí)施例5:稱量2.5g羧甲基葵花盤，量取25ml去離子水，將上述物料充分?jǐn)嚢?。稱量4.17g氫氧化鈉，量取20ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液。在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和12.5g (11.9ml)丙烯酸。在反應(yīng)瓶中加入85mg過硫酸鉀引發(fā)劑、25mgN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑和已中和的丙烯酸及其鈉鹽的溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r，使其混合均勻。同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到聚合溫度時停止攪拌。此后逐漸升溫，當(dāng)水浴溫度為90°C -100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)2小時，停止通氮?dú)?，冷卻至室溫。將反應(yīng)物取出，將其剪成小塊，于40°C -50°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得丙烯酸的中和度為60%的高吸水樹脂，產(chǎn)品的吸水量為24 00g/g。
【權(quán)利要求】
1.以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法，其特征是:在冰水浴冷卻下，用氫氧化鈉溶液與除去阻聚劑的丙烯酸在三口瓶中進(jìn)行中和反應(yīng)，然后將中和后的丙烯酸及其鈉鹽、羧甲基葵花盤、過硫酸鉀、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺與去離子水在反應(yīng)瓶中混合，攪拌一定時間，使混合物溶解并混合均勻，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，水浴加熱并攪拌，達(dá)到聚合溫度時停止攪拌，繼續(xù)加熱，在沸水浴中保溫反應(yīng)2小時，然后停止通氮?dú)?，將反?yīng)物取出，剪切成小塊，放入40°C _60°C的鼓風(fēng)烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水樹脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述以羧甲基葵花盤為原料制備高吸水樹脂的方法，其特征是:羧甲基葵花盤與丙烯酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水的質(zhì)量比為 1:3.00-9.00:0.67-3.11:0.03-0.05:0.008-0.024:18。
【文檔編號】C08F251/02GK104177546SQ201410322226
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】溫國華, 郭玉婷, 付淵, 王曉莉, 柳青, 陳超, 王晨雪, 楊永啟, 劉廣華, 胡振華, 趙紅霞 申請人:內(nèi)蒙古大學(xué)