以羧甲基馬鈴薯淀粉和丙烯酰胺為原料制備高含鉀量高吸水樹(shù)脂的新工藝的制作方法
【專利說(shuō)明】以羧甲基馬鈴薯淀粉和丙烯酷胺為原料制備高含鉀量高吸水樹(shù)脂的新工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于農(nóng)林園藝、生理衛(wèi)生、日用化工、建筑行業(yè)、環(huán)境治理等領(lǐng)域的功能高分子材料一高吸水樹(shù)脂的制備方法，特別指以羧甲基馬鈴薯淀粉、丙烯酰胺、氫氧化鉀為主要原料合成高吸水樹(shù)脂的一種新型的簡(jiǎn)易制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]高吸水樹(shù)脂是一類既不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑的具有良好吸液性能和保水性能的高分子聚合物的總稱。它具有強(qiáng)吸水性基團(tuán)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠迅速吸收并保持大量水分，是一類集吸水、保水，緩釋于一體的功能高分子材料。
[0004]高吸水樹(shù)脂與普通吸水材料，如海綿、硅膠、活性炭和脫脂棉等相比，具有吸水倍率高、吸水速率快、保水能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，即使加壓也難把水分離出來(lái)，對(duì)光、熱、酸及堿的穩(wěn)定性好且具有良好的重復(fù)使用性能和生物降解性能。
[0005]高吸水樹(shù)脂的制備方法很多，合成原料豐富，生產(chǎn)工藝各異，但是目前國(guó)內(nèi)高吸水樹(shù)脂的研究工作絕大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，有的已轉(zhuǎn)入中試階段，但工業(yè)化的很少，但高檔產(chǎn)品主要還是依靠進(jìn)口。我國(guó)是高吸水樹(shù)脂消費(fèi)大國(guó)，高吸水樹(shù)脂在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)前景，所以，對(duì)高吸水樹(shù)脂的深入研究具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種操作工藝簡(jiǎn)單、吸水能力強(qiáng)的高吸水樹(shù)脂產(chǎn)品及其制備方法。
[0007]其方法及步驟如下:
(1)將羧甲基馬鈴薯淀粉與去離子水按1:8?24的質(zhì)量比混合；稱取羧甲基馬鈴薯淀粉質(zhì)量3?14倍的丙烯酰胺，稱取丙烯酰胺質(zhì)量0.0788-0.71倍的氫氧化鉀，以丙烯酰胺質(zhì)量0.6倍的去離子水溶解上述氫氧化鉀；在室溫下用上述氫氧化鉀溶液水解丙烯酰胺；
(2)將上述羧甲基馬鈴薯淀粉與去離子水的混合液與用氫氧化鉀部分水解的丙烯酰胺溶液在反應(yīng)瓶中混合均勻，加入含有羧甲基馬鈴薯淀粉質(zhì)量0.4?3.6%的過(guò)硫酸鉀溶液做引發(fā)劑，加入含有羧甲基馬鈴薯淀粉質(zhì)量0.3?1.1%的N，N ’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶液做交聯(lián)劑，攪拌使之均勻，通入氮?dú)?，緩慢加熱，使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在30-60°C之間，溫度繼續(xù)升高達(dá)到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎即得高吸水樹(shù)脂。最佳條件下的產(chǎn)品在5000倍的去離子水中吸水量達(dá)到3500g/g。
[0008](3)將上述條件實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析整理，推導(dǎo)出正交實(shí)驗(yàn)條件，按照上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了 16組正交實(shí)驗(yàn)，所得最佳條件下的產(chǎn)品在5000倍的去離子水中最高吸水量達(dá)到3575g/g,并通過(guò)分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出影響含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量影響因素作用大小排序，即丙烯酰胺水解度>交聯(lián)劑用量>羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺配比>引發(fā)劑用量 > 溶解羧甲基馬鈴薯淀粉用水量。
[0009](4)對(duì)所制得的含氮和鉀高吸水樹(shù)脂在不同的溶液中進(jìn)行了吸液能力測(cè)試，得到吸液能力按照去離子水、人工血、自來(lái)水、生理鹽水、人工尿的順序依次減弱。
[0010]如上所述，本發(fā)明水解丙烯酰胺所用的堿為氫氧化鉀，配制的過(guò)硫酸鉀溶液的濃度為10mg/ml、N，N丨-亞甲基雙丙烯酰胺溶液的濃度為2.5mg/ml。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
(O羧甲基馬鈴薯淀粉易溶于水，在高吸水樹(shù)脂制備的過(guò)程中不需要傳統(tǒng)的糊化工
-H-
乙；
(2)聚合反應(yīng)溫度低，可減少能量消耗；
(3)產(chǎn)物吸水量高，含鉀量高。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺合成含氮和鉀高吸水樹(shù)脂的工藝流程圖圖2是引發(fā)劑用量對(duì)含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量的影響曲線
圖3是交聯(lián)劑用量對(duì)含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量的影響曲線圖4是丙烯酰胺水解度對(duì)含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量的影響曲線圖5是溶解羧甲基馬鈴薯淀粉的用水量對(duì)含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量的影響曲線圖6是羧甲基馬鈴薯淀粉與丙烯酰胺質(zhì)量比對(duì)含氮和鉀高吸水樹(shù)脂吸水量的影響曲線
圖7是合成含氮和鉀高吸水樹(shù)脂的正交實(shí)驗(yàn)表圖8是含氮和鉀高吸水樹(shù)脂在不同溶液中的吸液倍率柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入4ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在44°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1450g/g。
[0014]實(shí)施例2:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入6ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在36°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1750g/g。
[0015]實(shí)施例3:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入9ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在39°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1350g/g。
[0016]實(shí)施例4:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在32°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為700g/g。
[0017]實(shí)施例5:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、8ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在38°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1950g/g。
[0018]實(shí)施例6:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取9.86g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、1ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在35°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1450g/g。
[0019]實(shí)施例7:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取1.97 g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與30ml去離子水混合均勻，將丙烯酰胺的水解液與羧甲基馬鈴薯淀粉混合液混合均勻，加入5ml濃度為10mg/ml的過(guò)硫酸鉀溶液、6ml濃度為2.5mg/ml的N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，通入氮?dú)?，緩慢加熱使反?yīng)體系溫度逐步升高，聚合反應(yīng)發(fā)生在60°C，待溫度上升到80°C時(shí)保溫1.5h，然后取出產(chǎn)物，經(jīng)烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，本實(shí)施例所制得的高吸水樹(shù)脂在5000倍去離子水中的吸水量為1000g/g。
[0020]實(shí)施例8:稱取25g丙烯酰胺，溶解于25ml去離子水中，稱取7.89g氫氧化鉀，溶解于15ml去離子水中，將該氫氧化鉀溶液滴加到上述丙烯酰胺溶液中，室溫下攪拌使丙烯酰胺水解；稱取2.5g羧甲基馬鈴薯淀粉與3