CN100365095C - 膨胀蛭石-有机复合吸水保水材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

以膨胀蛭石、丙烯酸及丙烯酰胺单体为主要原料，以离子交换、高能球磨、单体插层及原位聚合技术相结合，制成一种纳米结构的膨胀蛭石—有机复合新型高性能吸水保水材料。制备中丙烯酸∶丙烯酰胺＝2∶1(质量比)，其余成分占上述二单体质量和的比例为膨胀蛭石10%～120%，引发剂0.2%～2%，交联剂0.03%～0.13%，所制备产品吸自来水100～150g/g，吸蒸馏水200-300g/g。可广泛用于农林园艺等方面，具有保水抗旱、改良土壤结构、保温、保肥、长效，缓释，成本低，强度高，抗盐性好、可反复使用等优点。

Description

膨胀蛭石-有机复合吸水保水材料制备方法
技术领域：
本发明涉及一种农林业抗旱保水用有机一无机复合吸水保水材料，具体涉及膨胀蛭石一有机复合吸水保水材料及其制备方法。
背景技术：
高吸水保水材料是一种吸水能力特别强的新型功能材料，它可以吸收自重的几百倍甚至几千倍的水，而且保水能力特别好，即使在加压的情况下也不易脱水。高吸水保水材料的奇特性能使其在农林园艺、医药、生理卫生用品、土木建筑、日用化学、石油化工等领域等到了广泛的应用。
目前保水吸水材料主要有高分子型和粘土矿物型两种类型。
高分子保水吸水材料又称超强吸水性树脂，是具有三维交联网状结构的新型功能高分子材料。高分子保水吸水材料一般采用淀粉、纤维素与不饱和有机单体接枝共聚制成，或用不饱和有机单体直接合成。由于原料价格昂贵，高分子保水吸水材料的成本很高，致使它在农林业方面的应用受到了极大的限制。
矿物型吸水材料是利用矿物吸水性强，与土壤相容性好，且来源广、价格低廉的特点制成的吸水材料。它的特点是成本低，能反复使用。但此类吸水材料的吸水量有限，吸水后保水性能差，难以满足应用要求。
本发明拟在上述两种保水吸水材料的基础上，采用纳米复合技术，将两种材料的优点结合起来，研制一种新型的矿物-有机复合吸水保水材料。
发明内容：
本发明目的在于提供一种成本低廉、吸水性好、抗盐性强、能反复使用的农林业用新型矿物-有机复合保水吸水材料。
本发明采用的矿物原料是市售的膨胀蛭石，它是一种用途广泛的非金属矿物，具有一系列优异的物理和化学性能。作为一种层状结构的硅酸盐矿物，蛭石结构中单元层的厚度达到纳米级。单元层内以较强的离子键结合，层间则以较弱的分子键结合，层间充填有水分子和可交换的金属阳离子。本发明首先将膨胀蛭石浸泡于8-15％的氢氧化钠溶液中12-24小时，用钠离子交换出层间的部分钙、镁等离子。浸泡用的氢氧化钠既是膨胀蛭石的层间钙、镁离子的离子交换剂，也是后续加入的丙烯酸单体的中和剂。
本发明所用的有机原料为丙烯酸单体和丙烯酰胺单体。二者之间的质量配比为丙烯酸∶丙烯酰胺＝2∶1。将它们与氢氧化钠浸泡处理的蛭石及交联剂N-N双丙烯酰胺和水混合。其中膨胀蛭石的用量为有机单体丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的10％～120％，交联剂用量为丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的0.03％～0.13％，水用量为丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的200-300％。混合后加入球磨机中球磨2-4小时，使有机单体插入蛭石结构层间。然后加入有机单体质量总和0.2％～2％的引发剂过硫酸铵或过硫酸钾，在50-65℃水浴中加热0.5-2小时，使有机单体在蛭石结构层间聚合。最后对聚合物在65℃～70℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到一种具有纳米复合结构的矿物-有机复合保水吸水材料。
所制得的蛭石-有机复合保水吸水材料可吸自来水100～150g/g，吸蒸馏水200-300g/g。与传统的吸水材料相比，这种材料不仅可以同时发挥高分子吸水材料和蛭石的吸水性高的特点，而且具有成本低，与土壤相容性好、吸水后强度高、寿命长、耐久性好、耐温高、制备中不粘器壁等优点。应用于农林抗旱保水，还可以发挥蛭石的土壤改良作用、水肥缓释作用以及有益元素的补充作用，利于农作物的生长和丰产。
具体实施方式：
实施例1
将3g膨胀蛭石浸泡于8％的氢氧化钠溶液中24小时得到离子交换膨胀蛭石。取出后将其与20g丙烯酸单体和10g丙烯酰胺单体的混合物以及0.009gN-N双丙烯酰胺和60ml水混合。混合后加入球磨机中球磨2小时。然后加入0.06g过硫酸铵，在50℃水浴中加热2小时聚合。最后对聚合物在65℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到蛭石-有机复合保水吸水材料。产品可吸自来水146g/g，吸蒸馏水285g/g，且制备中不粘器壁。
实施例2
将36g膨胀蛭石浸泡于15％的氢氧化钠溶液中48小时得到离子交换膨胀蛭石。取出后将其与20g丙烯酸单体和10g丙烯酰胺单体的混合物以及0.039gN-N双丙烯酰胺和90ml水混合。混合后加入球磨机中球磨4小时。然后加入0.6g过硫酸钾，在65℃水浴中加热0.5小时聚合。最后对聚合物在70℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到蛭石-有机复合保水吸水材料。产品可吸自来水105g/g，吸蒸馏水208g/g，且成本低，制备中不粘器壁。
实施例3
将20g膨胀蛭石浸泡于12％的氢氧化钠溶液中36小时得到离子交换膨胀蛭石。取出后将其与20g丙烯酸单体和10g丙烯酰胺单体的混合物以及0.025gN-N双丙烯酰胺和70ml水混合。混合后加入球磨机中球磨3小时。然后加入0.3g过硫酸铵，在60℃水浴中加热1.5小时聚合。最后对聚合物在65℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到蛭石-有机复合保水吸水材料。产品可吸自来水130g/g，吸蒸馏水252g/g。
实施例4
将15g膨胀蛭石浸泡于10％的氢氧化钠溶液中24小时得到离子交换膨胀蛭石。取出后将其与20g丙烯酸单体和10g丙烯酰胺单体的混合物以及0.015gN-N双丙烯酰胺和70ml水混合。混合后加入球磨机中球磨2小时。然后加入0.2g过硫酸钾，在55℃水浴中加热2小时聚合。最后对聚合物在70℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到蛭石-有机复合保水吸水材料。产品可吸自来水138g/g，吸蒸馏水270g/g。
实施例5
将25g膨胀蛭石浸泡于13％的氢氧化钠溶液中48小时得到离子交换膨胀蛭石。取出后将其与20g丙烯酸单体和10g丙烯酰胺单体的混合物以及0.03gN-N双丙烯酰胺和80ml水混合。混合后加入球磨机中球磨4小时。然后加入0.45g过硫酸铵，在65℃水浴中加热0.5小时聚合。最后对聚合物在70℃的真空干燥箱中干燥，粉碎后得到蛭石-有机复合保水吸水材料。产品可吸自来水120g/g，吸蒸馏水220g/g。

Claims (1)

1.一种膨胀蛭石-有机复合高吸水保水材料的制备方法，其特征在于，
首先将膨胀蛭石浸泡于8-15％的氢氧化钠溶液中12-24小时，得到离子交换处理的膨胀蛭石；
按2∶1的质量配比将丙烯酸单体：丙烯酰胺单体混合，再与离子交换处理的膨胀蛭石及交联剂N-N双丙烯酰胺和水混合，其中膨胀蛭石的用量为有机单体丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的10％～120％，交联剂用量为丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的0.03％～0.13％，水用量为丙烯酸和丙烯酰胺质量总和的200-300％；
混合后加入球磨机中球磨2-4小时，然后加入有机单体质量总和0.2％～2％的引发剂过硫酸铵或过硫酸钾，在50-65℃水浴中加热0.5-2小时，使有机单体聚合；
最后对聚合物在65℃～70℃的真空干燥箱中干燥，粉碎得到一种具有纳米复合结构的矿物-有机复合保水吸水材料。
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