一種硅藻土復(fù)合高吸水樹脂材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂材料及其制備方法，該方法采用自放熱交聯(lián)技術(shù)，通過對反應(yīng)物用量及聚合物體系pH值的調(diào)控，實現(xiàn)高吸水性樹脂的室溫合成。本發(fā)明的制備工藝簡單，無需氮氣保護，條件溫和，無需加熱，能耗低。本發(fā)明使用的原料來源廣泛，具有明顯的成本優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊，所得產(chǎn)品天然組分淀粉和硅藻土含量高，環(huán)境友好，分散性好，能起到吸水保水，存儲藥物，改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤溫度濕度的作用，可用于中草藥及農(nóng)林園藝。
【專利說明】一種硅藻土復(fù)合高吸水樹脂材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂材料及其制備方法。 【背景技術(shù)】
[0002]高吸水性樹脂(簡稱SAP)是近年來迅速發(fā)展起來的一類具有優(yōu)良的吸水和保水性能的新型功能高分子材料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林園藝、生理衛(wèi)生用品、醫(yī)藥、石油、化工、環(huán)保、建材和食品等眾多領(lǐng)域。
[0003]我國的硅藻土資源豐富，儲量僅次于美國，居世界第2位。尤以吉林省儲量最多，占全國儲量的54.8%。硅藻土資源在我國主要用作助濾劑，隔熱保溫材料和功能填料等。近年來，硅藻土在生物工藝學(xué)、醫(yī)藥工業(yè)、無毒殺蟲劑生產(chǎn)方面已引起廣泛關(guān)注。
[0004]當(dāng)前我國硅藻土資源利用水平不高，主要以開發(fā)一級硅藻土作為助濾劑產(chǎn)品為主。開展硅藻土綜合利用研究，拓寬硅藻土應(yīng)用領(lǐng)域，提高其應(yīng)用附加值，尤其是二級與三級硅藻土的合理利用，具有顯著地生態(tài)效益，可實現(xiàn)資源利用和環(huán)境優(yōu)化的協(xié)調(diào)發(fā)展。
[0005]傳統(tǒng)農(nóng)用高吸水性樹脂本身機械強度低，抗外界溶液干擾能力差，受外界壓力、溫度等環(huán)境因素影響較大，導(dǎo)致其保水緩釋功效下降，極大影響了其應(yīng)用效果。我們針對這一問題，對其進行改進，首次利用吉林省豐富的硅藻土資源，將高吸水性樹脂與硅藻土復(fù)合在一起，合成了蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)硅藻土復(fù)合可降解高分子保水材料。使用硅藻土與傳統(tǒng)的高吸水樹脂復(fù)合，不僅可以降低成本，而且能夠有效提高樹脂的凝膠強度，改善其耐鹽性和保水性能，可顯著提高SAP綜合性能。
[0006]本發(fā)明合成方法簡便，減少了成本，經(jīng)濟效率可觀。從而使高吸水性樹脂的大規(guī)模生產(chǎn)得以更好的實現(xiàn)。同時還改進了生產(chǎn)原料，增加了吸水材料的機械強度，提高了產(chǎn)品的性能，更有利于產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是一種硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂材料及其制備方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下具體步驟:
0.稱取10~20份過300目篩的硅藻土，加入適量水，混勻，備用；
2).向步驟I)得到的混合液中加入40~80份丙烯基化合物，丙烯酸或丙烯酰胺，在室溫下攪拌混合I~2 h，配置成硅藻土 /丙烯基化合物前驅(qū)體混合液；
3).稱取20~40重量份氫氧化鈉固體，配制成氫氧化鈉溶液；
4).在不斷攪拌的條件下，將步驟3)得到的氫氧化鈉溶液加入到步驟2)得到的硅藻土 /丙烯基化合物前驅(qū)體混合液中進行中和反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，停止攪拌使中和液逐漸冷卻；
5).在機械攪拌條件下，將一定質(zhì)量的淀粉加入到冷卻至一定溫度的步驟4)得到的混合液中，持續(xù)攪拌30~60min，使淀粉分散均勻；6).分別將已配制好的引發(fā)劑過硫酸鉀、和交聯(lián)劑MBA溶液緩慢加入步驟5)得到的反應(yīng)液中，持續(xù)攪拌I~1.5h，反應(yīng)液變至半透明的粘稠液；
7).向步驟6)得到的混合液中加入一定量的氨水，將體系pH值調(diào)至7~8之間；靜止10~15min后,體系反應(yīng),放出氣體至完成；
8).將步驟7)得到的產(chǎn)物處理成小的塊狀，在100°C恒溫干燥箱中干燥至恒重；經(jīng)過破碎、粉碎，得到顆?；蚍勰疃趸?SAP復(fù)合高吸水性材料。
[0009]反應(yīng)體系的溫度是在20_40°C的范圍內(nèi)，原料之間的重量配比是:硅藻土2-15g、玉米粉3-20g、丙烯基化合物丙烯酸或丙烯酰胺40-60g、氫氧化鈉20_30g、引發(fā)劑
0.35-1.6g、交聯(lián)劑 0.1-0.8g 和 25% 的氨水 10_20ml。
[0010]
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]
附圖1為硅藻土復(fù)合高吸水性材料制備的工藝流程方框圖； 附圖2為硅藻土 SEM照片；
附圖3為硅藻土復(fù)合高吸水性材料SEM照片。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]具體實施例1
稱取硅藻土原土 50 g，在600 °C高溫下煅燒2 h，降至室溫后將該固體粉末加入70%硫酸水溶液中，攪拌混合4 h，再經(jīng)過濾、洗滌、烘干后，將該固體粉末投入200 mL 2%的CTAB水溶液中，60 1:恒溫攪拌2 h，再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、粉碎后將固體過200目篩。
[0014]配制濃度為26%的氫氧化鈉溶液16 mL,冷卻到室溫后緩慢加入到10 mL的丙烯酸中，不斷攪拌使反應(yīng)完全。在不斷攪拌的條件下將3 g改性硅藻土粉加入到中和液中，攪拌30 min，使其分散均勻。
[0015]在帶有冷凝管，溫度計及氮氣導(dǎo)管的250 mL四頸燒瓶中，加入50 mL環(huán)己烷和1.5g分散劑(Span 60)，通氮氣20 min，除去溶液中的氧氣。隨后將四頸瓶放到40 °C油浴中機械攪拌下混合30min。待混合均勻后，依次將適量上述丙烯酸/硅藻土混合溶液、0.1 g引發(fā)劑(過硫酸鉀)和0.1 g交聯(lián)劑(MBA)依次加入燒瓶中，攪拌30 min后，升溫至70 V,反應(yīng)2.5 h，反應(yīng)完成后將加熱設(shè)備關(guān)掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫，然后將反應(yīng)液抽濾分離，用去離子水洗滌，所得到白色沉淀在100 1:真空烘箱中干燥24 h，即得硅藻土 /高吸水性樹脂材料復(fù)合高分子材料。
[0016]具體實施例2
稱取硅藻土原土 100 g，在700 °C高溫下煅燒3 h，降至室溫后將該固體粉末加入75%硫酸水溶液中，攪拌混合4 h，再經(jīng)過濾、洗滌、烘干后，將該固體粉末投入300 mL 2 %的CTAB水溶液中，60 1:恒溫攪拌2 h，再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、粉碎后將固體過200目篩。
[0017]配制濃度為26%的氫氧化鈉溶液15 mL,冷卻到室溫后緩慢加入到12 mL的丙烯酸中，不斷攪拌使反應(yīng)完全。在不斷攪拌的條件下將4 g改性硅藻土粉加入到中和液中，攪拌30 min，使其分散均勻。
[0018]在帶有冷凝管，溫度計及氮氣導(dǎo)管的250 mL四頸燒瓶中，加入60mL環(huán)己烷和2.0g分散劑(Span 60)，通氮氣30 min，除去溶液中的氧氣。隨后將四頸瓶放到40 °C油浴中機械攪拌下混合30 min。待混合均勻后，依次將適量上述丙烯酸/硅藻土混合溶液、0.2 g引發(fā)劑(過硫酸鉀)和0.15 g交聯(lián)劑(MBA)依次加入燒瓶中，攪拌30 min后，升溫至70 V,反應(yīng)3 h，反應(yīng)完成后將加熱設(shè)備關(guān)掉，一直攪拌到溶液冷卻至室溫，然后將反應(yīng)液抽濾分離，用去離子水洗滌，所得到白色沉淀在100 1:真空烘箱中干燥30 h，即得硅藻土 /高吸水性樹脂材料復(fù)合高分子材料。
[0019]關(guān)于硅藻土復(fù)合高吸水樹脂材料用途:本課題組自90年代起從事改性淀粉研究。經(jīng)過多年的探索，完成系列吸水劑產(chǎn)品的小試和中試，并批量生產(chǎn)。該系列產(chǎn)品中的農(nóng)林作物防旱劑已通過省級鑒定(鑒定號2004086)，用玉米淀粉直接生產(chǎn)高吸水性樹脂研究已完成，并獲得國家發(fā)明專利(專利號Z L 03127061.1)。但由于淀粉基強吸水材料自身機械強度較低，使用過程中容易受外界壓力溫度等因素影響較大，導(dǎo)致其保水緩釋功效下降，基于此原因，我們將淀粉基強吸水材料與吉林省儲量居全國之首的硅藻土在結(jié)合一起，利用自制生物可降解淀粉基強吸水性樹脂為包覆材料，采用獨創(chuàng)自放熱交聯(lián)工藝，實現(xiàn)了不同粒徑及包覆厚度蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)硅藻土復(fù)合可降解高分子保水材料的可控合成。該復(fù)合材料不僅保持吸水材料和硅藻土的原有特性，還相互擬補了吸水材料機械輕度低，硅藻土保水緩釋功能較差的缺點，使得該材料具有可塑性高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。主要用于農(nóng)、林業(yè)植物種植，并適用于人參及種草藥種植，該材料有助于解決近年人參種植中遇到的干旱缺水、水土流失嚴(yán)重、施用化肥的效益下降等問 題，有助于提高人參產(chǎn)量和質(zhì)量，增加參農(nóng)的收入。
【權(quán)利要求】
1.一種硅藻土復(fù)合高吸水樹脂材料的合成方法，其特征在于包括以下具體步驟: 1).稱取10~20份過300目篩的硅藻土，加入適量水，混勻，備用； 2).向步驟I)得到的混合液中加入40~80份丙烯基化合物，丙烯酸或丙烯酰胺，在室溫下攪拌混合I~2 h，配置成硅藻土 /丙烯基化合物前驅(qū)體混合液； 3).稱取20~40重量份氫氧化鈉固體，配制成氫氧化鈉溶液； 4).在不斷攪拌的條件下，將步驟3)得到的氫氧化鈉溶液加入到步驟2)得到的硅藻土 /丙烯基化合物前驅(qū)體混合液中進行中和反應(yīng)；待反應(yīng)完全后，停止攪拌使中和液逐漸冷卻； 5).在機械攪拌條件下，將一定質(zhì)量的淀粉加入到冷卻至一定溫度的步驟4)得到的混合液中，持續(xù)攪拌30~60min，使淀粉分散均勻； 6).分別將已配制好的引發(fā)劑過硫酸鉀、和交聯(lián)劑MBA溶液緩慢加入步驟5)得到的反應(yīng)液中，持續(xù)攪拌I~1.5h，反應(yīng)液變至半透明的粘稠液； 7).向步驟6)得到的混合液中加入一定量的氨水，將體系pH值調(diào)至7~8之間；靜止10~15min后，體系反應(yīng)，放出氣體至完成； 8).將步驟7)得到的產(chǎn)物處理成小的塊狀，在100°C恒溫干燥箱中干燥至恒重；經(jīng)過破碎、粉碎，得到顆?；蚍勰疃趸?/SAP復(fù)合高吸水性材料， 反應(yīng)體系的溫度是在20-40°C的范圍內(nèi)，原料之間的重量配比是:硅藻土 2-15 g、玉米粉3-20g、丙烯基化合物丙烯酸或丙烯酰胺40-60g、氫氧化鈉20-30g、引發(fā)劑0.35-1.6g、交聯(lián)劑 0.1-0.8g 和 25% 的氨水 10-20ml。
2.按權(quán)利要求1所述的方法制備的硅藻土復(fù)合高吸水樹脂材料。
【文檔編號】C08F220/56GK103739784SQ201410017583
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】蘇忠民, 趙亮, 李鹿 申請人:東北師范大學(xué)