一種木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂及其制備方法。本發(fā)明采用丙烯酸、丙烯酰胺和木棉纖維為主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、干燥、粉碎制成木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂。該高吸水樹脂吸蒸餾水500-860g/g，吸生理鹽水65-90g/g，具有吸水速率快和優(yōu)良反復(fù)使用性能，可被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、園藝、改造沙漠、工業(yè)和建筑業(yè)等領(lǐng)域。
【專利說明】一種木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高吸水樹脂的制備方法，具體的是通過木棉纖維與丙烯酸和丙烯酰胺在水溶液中接枝共聚、交聯(lián)制備的高吸水樹脂。
【背景技術(shù)】
[0002]高吸水性樹脂是由親水性單體經(jīng)適度的化學(xué)物理交聯(lián)形成的具有獨(dú)特三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、在水中能溶脹而不溶解的功能高分子材料。由于具有優(yōu)良的親水性、保水性和生物相容性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)林園藝、食品加工、環(huán)境保護(hù)、美容化妝、土木建筑、石油開采等領(lǐng)域。
[0003]根據(jù)制備高吸水樹脂的原料來源不同，高吸水樹脂大致可分為淀粉系、纖維素系和合成樹脂系。目前，聚丙烯酸類合成系高吸水樹脂約占世界高吸水樹脂總產(chǎn)量的80%以上，在世界高吸水樹脂市場中仍占主導(dǎo)地位。但隨著石油價(jià)格的上漲和產(chǎn)品的不可降解性，將合成聚丙烯酸系高吸水材料與天然高分子材料或其他無機(jī)物復(fù)合得到高性能化、多功能化、可降解性的高吸水復(fù)合樹脂已經(jīng)成為目前國內(nèi)外高吸水樹脂研究的熱點(diǎn)。
[0004]纖維素是自然界廣泛存在的一類天然產(chǎn)物，具有優(yōu)良的可再生性、生物降解性和生物相容性，被認(rèn)為是世界上最有可能替代石油的綠色生物資源。各種類型的纖維素已用于高吸水樹脂的制備，如中國專利文獻(xiàn)CN 1715304 A公開了一種可顯著降低樹脂中殘余單體含量的天然纖維素或纖維素衍生物接枝丙烯酸高吸水樹脂的合成方法。該方法得到的樹脂產(chǎn)品，丙烯酸單體殘余量低，比較適用于醫(yī)療衛(wèi)生材料的制造；CN 101864036 A公開了一種利用植物秸桿合成高吸水樹脂的方法。該發(fā)明選用可再生的植物秸桿為原料，有效的解決了植物秸桿的處理問題；CN 101787101 A公開了一種有機(jī)季銨鹽改性蒙脫土復(fù)合的羧甲基纖維素基納米高吸水樹脂。該發(fā)明以羧甲基纖維素和改性蒙脫土為原料，減少了丙烯酸類單體的使用量，具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，所得樹脂的生物可降解性良好。與淀粉類相比，纖維素類高吸水樹脂耐鹽性和抗酶性好。但到目前為止還沒有采用木棉纖維制備高吸水樹脂的報(bào)道。
[0005]木棉纖維是錦葵目木棉科內(nèi)幾種植物果莢內(nèi)附著的果實(shí)纖維，具有綠色生態(tài)、壁薄大中空、超輕、保暖性好、天然抗菌、吸濕導(dǎo)濕等優(yōu)良特性，被譽(yù)為“植物軟黃金”，不但在紡織產(chǎn)業(yè)中具有較大的市場價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Γ€可作為隔熱和吸聲材料、水上救生用品的浮力材料、吸油材料及用作復(fù)合材料的增強(qiáng)體材料等。木棉纖維含有約64%的纖維素，約13%的木質(zhì)素，此外還含有8.6%的水分、1.4~3.5%的灰分、4.7~9.7%的水溶性物質(zhì)和
2.3~2.5%的木聚糖以及0.8%的蠟質(zhì)。經(jīng)過氧化處理后，自身的吸水倍率可達(dá)50倍，用其作制備高吸水性樹脂具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)纖維素類高吸水樹脂吸水倍率低等不足，本發(fā)明的目的是利用木棉纖維薄壁大中空的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)接枝共聚后提供一種吸水倍率高、吸水速率快、生物降解性好的木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂，以及它的制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明采用丙烯酸、丙烯酰胺和木棉纖維為主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、干燥、粉碎制成木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂。
[0008]一種木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂，其特征在于原料的質(zhì)量份數(shù)為:丙烯酸100份，丙烯酰胺10-30份，木棉纖維10-50份，引發(fā)劑0.1-1份，交聯(lián)劑0.05-0.5份。
[0009]上述所說的交聯(lián)劑是指制備聚(甲基)丙烯酸酯類高吸油樹脂時(shí)常用的交聯(lián)劑，本發(fā)明選用甘油或者A N' -亞甲基雙丙烯酰胺。
[0010]本發(fā)明所說的引發(fā)劑選用的是硝酸鈰銨、V50、過硫酸銨或者過硫酸鉀。
[0011]木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂的制備方法，其特征在于將木棉纖維先進(jìn)行粉碎和氧化處理，丙烯酸用堿中和，中和度為50%-90%，然后加入丙烯酰胺、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，升溫至60-90°C反應(yīng)3-5小時(shí)，經(jīng)洗滌、干燥、粉碎后得反應(yīng)產(chǎn)物為木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂。
[0012]本發(fā)明所述的木棉纖維的長度在Icm以下。
[0013]本發(fā)明所述的木棉纖維進(jìn)行氧化處理過程中使用的氧化劑為NaClO2，加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_5%，處理溫度70°C，處理時(shí)間I h。
`[0014]本發(fā)明所述的丙烯酸中和過程，使用的堿為碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
[0015]該高吸水樹脂吸蒸餾水500_860g/g，吸生理鹽水65_90 g/g，具有吸水速率快和優(yōu)良反復(fù)使用性能，可被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、園藝、改造沙漠、工業(yè)和建筑業(yè)等領(lǐng)域。
[0016]與其他纖維素類高吸水樹脂制備方法相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是:
(1)木棉纖維經(jīng)處理后本身具有良好的吸水性能，用其制備的復(fù)合高吸水樹脂具有吸水倍率高的優(yōu)點(diǎn)；
(2)木棉纖維的中空度達(dá)80%以上，用其制備的復(fù)合高吸水樹脂具有吸水速率快的優(yōu)
占.(3)木棉纖維經(jīng)處理后，反應(yīng)活性進(jìn)一步增強(qiáng)，采用水溶液自由基聚合法，具有合成工藝簡單和反應(yīng)效率高的優(yōu)勢(shì)；
(4)木棉纖維來源豐富，可自然降解，有利于產(chǎn)品使用后自然降解，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、園藝、改造沙漠、工業(yè)和建筑業(yè)等領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018]實(shí)施例1:
將木棉纖維先粉碎至Icm左右，加入到含1%亞氯酸鈉的水溶液中，升溫至70°C處理Ih0反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水洗滌至中性，纖維在70°C下烘干至恒重備用。將10份活化處理的木棉纖維加入反應(yīng)器中，加一定量蒸餾水?dāng)嚢铦櫇窈笸∟2,加入0.1份過硫酸銨溶液，升溫至60°C引發(fā)15 min，然后加入100份丙烯酸(事先用NaOH中和至70%)、15份丙烯酰胺和
0.2份％ V-亞甲基雙丙烯酰胺，升溫至70°C反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物在70°C下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實(shí)施例中的產(chǎn)品吸蒸餾水率為580g/g，吸生理鹽水率為70g/g。
[0019]實(shí)施例2:將木棉纖維先粉碎至Icm左右，加入到含1%亞氯酸鈉的水溶液中，升溫至70°C處理Ih0反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水洗滌至中性，纖維在70°C下烘干至恒重備用。將10份活化處理的木棉纖維加入反應(yīng)器中，加一定量蒸餾水?dāng)嚢铦櫇窈笸∟2，加入0.1份過硫酸鉀，升溫至60°C引發(fā)15 min，然后加入100份丙烯酸(事先用NaOH中和至80%)、20份丙烯酰胺和0.1份％ Y -亞甲基雙丙烯酰胺，升溫至80°C反應(yīng)2h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物在70°C下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實(shí)施例中的產(chǎn)品吸蒸餾水率為675g/g，吸生理鹽水率為78g/g。
[0020]實(shí)施例3:
將木棉纖維先粉碎至Icm左右，加入到含1%亞氯酸鈉的水溶液中，升溫至70°C處理Ih0反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水洗滌至中性，纖維在70°C下烘干至恒重備用。將20份活化處理的木棉纖維加入反應(yīng)器中，加一定量蒸餾水?dāng)嚢铦櫇窈笸∟2,加入0.2份V50，升溫至60°C引發(fā)15 min，然后加入100份丙烯酸(事先用NaOH中和至90%)、20份丙烯酰胺和0.1份% Y-亞甲基雙丙烯酰胺，升溫至80°C反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物在70°C下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實(shí)施例中的產(chǎn)品吸蒸餾水率為850g/g，吸生理鹽水率為88g/g。
[0021]實(shí)施例4:
將木棉纖維先粉碎至Icm左右，加入到含1%亞氯酸鈉的水溶液中，升溫至70°C處理Ih0反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水洗滌至中性，纖維在70°C下烘干至恒重備用。將15份活化處理的木棉纖維加入反應(yīng)器中，加一定量蒸餾水?dāng)嚢铦櫇窈笸∟2，加入0.5過硫酸銨，升溫至60°C引發(fā)15 min，然后加入100份丙烯酸(事先用NaOH中和至70%)、20份丙烯酰胺和0.15份％y-亞甲基雙丙烯酰胺，升溫至80°C反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物在70°C下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實(shí)施例中的產(chǎn)品吸蒸餾水率為820 g/g，吸生理鹽水率為82g/g°
[0022]實(shí)施例5:
將木棉纖維先粉碎至Icm左右，加入到含1%亞氯酸鈉的水溶液中，升溫至70°C處理Ih0反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水洗滌至中性，纖維在70°C下烘干至恒重備用。將50份活化處理的木棉纖維加入反應(yīng)器中，加15 mL蒸餾水?dāng)嚢杞芎笸∟2,加入1份V50，升溫至60°C引發(fā)15 min,然后加入100份丙烯酸(事先用NaOH中和至60%)、10份丙烯酰胺和0.5份％ Y -亞甲基雙丙烯酰胺，升溫至70°C反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物在70°C下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實(shí)施例中的產(chǎn)品吸蒸餾水率為610g/g，吸生理鹽水率為75g/g。
【權(quán)利要求】
1.一種木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂，其特征在于原料的質(zhì)量份數(shù)為:丙烯酸100份，丙烯酰胺10-30份，木棉纖維10-50份，引發(fā)劑0.1-1份，交聯(lián)劑0.05-0.5份；所述的交聯(lián)劑選用甘油或者A N' -亞甲基雙丙烯酰胺；所述的引發(fā)劑選用硝酸鈰銨、V50、過硫酸銨或者過硫酸鉀。
2.一種如權(quán)利要求1所述的木棉纖維復(fù)合高吸水樹脂的制備方法，其特征在于將木棉纖維先進(jìn)行粉碎和氧化處理，丙烯酸用堿中和，中和度為50%-90%，然后加入丙烯酰胺、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，升溫至60-90°C反應(yīng)3-5小時(shí)，經(jīng)洗滌、干燥、粉碎后得反應(yīng)產(chǎn)物為木棉纖維復(fù)合聞吸水樹脂。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的木棉纖維的長度在Icm以下。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的木棉纖維進(jìn)行氧化處理過程中使用的氧化劑為NaClO2，加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_5%，處理溫度70°C，處理時(shí)間I h。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的丙烯酸中和過程，使用的堿為碳酸氫鈉或 氫氧化鈉。
【文檔編號(hào)】C08F251/02GK103524681SQ201210226913
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】王愛勤, 施小寧, 鄭易安 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所