CN101173157B

CN101173157B - 利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂及制备方法

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Publication number: CN101173157B
Application number: CN2007101444419A
Authority: CN
Inventors: 王立娟; 谷肄静; 李坚; 冯昊; 刘一星; 郑永光; 李周庭
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-10-15
Also published as: CN101173157A

Abstract

利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂及制备方法，它涉及保水剂及其制备方法。它解决了现有保水剂难被土壤微生物降解，以淀粉、玉米为原料成本高，抗霉菌性能差的问题。本发明的保水剂按重量百分比亚麻屑、废纸或中药渣中提取的纤维素为8～17％、引发剂为0.02％～0.18％、单体为83～89％、交联剂为0.06～0.4％。制备方法为：一、将亚麻屑或中药渣分离出纤维素，干燥后粉碎成纤维素粉末；二、将纤维素粉末放入四口瓶中，再加入水、搅拌、通入氮气、排氧、控制反应温度；三、加入引发剂、单体和交联剂，在氮气下反应，直至反应液变粘稠为止；四、干燥、粉碎即制得保水剂。本发明的原料资源丰富，成本低廉，所用试剂在同类合成方法中种类少，对环境的污染小。

Description

利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂及制备方法

技术领域

本发明涉及保水剂及其制备方法，尤其涉及以亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂及其制备方法。

背景技术

在我国每年有大量的亚麻屑、废纸或中药渣等废弃物资源，这些废弃资源中含有大量的纤维素，如亚麻屑的化学成分与杨木接近，纤维素含量约为48％，而废纸中除了油墨和一些填加成分，主要成分也为纤维素。目前，制备合成吸水保水剂的方法是先进行链引发，后进行链增长，最后链终止，用交联剂交联形成轻度交联的网络结构。现有制备吸水保水剂按原料分类为：一是人工合成类吸水保水剂(以聚丙烯酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等为原料)；二是天然及改性高分子类吸水保水剂(以淀粉类、纤维素类或其他天然产物)。以丙烯酸(钠)、丙烯酰胺等为原料的人工合成吸水保水剂很难被土壤微生物降解；以淀粉和纤维素等天然有机高分子物质为原料的吸水保水剂在自然界中无毒，是可生物降解的材料。但淀粉是从马铃薯、玉米等农作物中提取的，成本高。

发明内容

本发明为了解决现有人工合成吸水保水剂很难被土壤微生物降解，淀粉是从马铃薯、玉米等农作物中提取的，成本高，而抗霉菌性能差的问题。提供了一种利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂及制备方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明的保水剂由废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末、引发剂、单体和交联剂经化学合成方法制成，按重量百分比废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末为8～17％、引发剂为0.02％～0.18％、单体为83～89％、交联剂为0.06～0.4％。

单体采用丙烯酸(钠)或丙烯酰胺。

引发剂采用过硫酸钾。

交联剂采用N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

本发明利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法包含下列步骤：

步骤一、将水洗、晾干后的亚麻屑和/或中药渣经过碱蒸煮，去除木质素、半纤维素，分离出纤维素，经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，后粉碎为120～160目的纤维素粉末；

步骤二、将步骤一的纤维素粉末放入四口瓶中，1g的亚麻屑和/或中药渣纤维素粉末加入50～65ml的水、搅拌20～40min、同时通入氮气、排氧、反应温度控制在50～80℃；

步骤三、加入按重量百分比为0.02％～0.18％的引发剂，引发15～60min，再加入按重量百分比为83％～89％的单体和0.06％～0.4％的交联剂，在氮气保护下反应搅拌1～3h，直至反应液变粘稠为止；

步骤四、将步骤三的产物取出，干燥，粉碎即制得超强吸水保水剂。

本发明以废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法包含下列步骤：

步骤一、将废纸碎解、脱墨后制得的纤维素，再经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，干燥后粉碎为120～160目的粉末；

步骤二、将步骤一获得的纤维素粉末放入四口瓶中，1g的废纸纤维素粉末加入50～65ml的水、搅拌20～40min、同时通入氮气、排氧、反应温度控制在50～80℃；

步骤三、加入按重量百分比为0.02％～0.18％的引发剂，引发15～60min，再加入按重量百分比为83～89％的单体和0.06％～0.4％的交联剂，在氮气保护下反应搅拌1～3h，直至反应液变粘稠为止；

步骤四、将步骤三的产物取出、干燥、粉碎即制得超强吸水保水剂。

本发明利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸等废弃物资源，上述资源中的纤维素含量高达48％，而此资源合成的吸水保水剂更容易被微生物降解，比淀粉类吸水保水剂具有更强的抗霉菌性能；同时纤维素的自然资源十分丰富，亚麻屑200元/吨，纤维的价格1000元/吨、废纸1000～2000元/吨或中药渣250元/吨(纤维含量约26％)，纤维2000元/吨。其生产成本比同类产品纤维素价格1.1～2万元/吨、羧甲基纤维素价格1.8万元/吨、淀粉平均价格5100元/吨低很多。充分利用废弃资源来合成吸水保水剂变废为宝、成本低廉、又解决了合成类吸水保水剂的生物降解性差和淀粉类吸水保水剂的抗霉菌性能不佳的问题。所用试剂在同类合成方法中种类少，降低了对环境的污染。本发明的保水剂，吸去离子水倍率达到1963.33g/g，吸自来水倍率达到853.78g/g，吸0.9％生理盐水倍率达到110.66g/g；吸去离子水、自来水、吸0.9％生理盐水的吸水速率在10min内分别达到饱和值的90.55％、91.12％和92.93％；在60℃、100℃的条件下保水性能分别达到9.5h和4h。

附图说明

图1是傅立叶红外光谱图，图中a为亚麻屑纤维、b为保水剂(丙酮抽提24h，去除均聚物)，图2是X-射线衍射图，图中a为亚麻屑纤维、b为保水剂，图3是扫描电镜图片，图中a、b为亚麻屑纤维，c、d为保水剂，图4是吸水倍率与时间的关系曲线图，图5是保水剂的水分保持率在60℃和100℃随时间的变化图，图6是在四种盐溶液中保水剂的吸水倍率与盐浓度的关系图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1描述本实施方式。本实施方式由废弃亚麻屑或中药渣和废纸中提取的纤维素粉末、引发剂、单体和交联剂经化学合成方法制成，按重量百分比废弃亚麻屑或中药渣和废纸中提取的纤维素粉末为8～17％、引发剂为0.02％～0.18％、单体为83～89％、交联剂为0.06～0.4％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于按重量百分比废弃亚麻屑或中药渣和废纸中提取的纤维素粉末为10.5％、引发剂为0.1％、单体为89％、交联剂为0.4％。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于按重量百分比废弃亚麻屑或中药渣和废纸中提取的纤维素粉末为12％、引发剂为0.05％、单体为87.75％、交联剂为0.2％。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于按重量百分比废弃亚麻屑或中药渣和废纸中提取的纤维素粉末为16％、引发剂为0.15％、单体为83.75％、交联剂为0.1％。

具体实施方式五：本实施方式以亚麻屑和/或中药渣为原料制备吸水保水剂的方法包含下列步骤：

步骤一、将经水洗、晾干后的亚麻屑或中药渣进行碱蒸煮，去除木质素、半纤维素，分离出纤维素，经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，干燥后粉碎为120～160目粉末；

步骤二、将步骤一的纤维素粉末放入四口瓶中，1g的亚麻屑或中药渣粉末加入60ml的水、搅拌20～40min、搅拌20～40min、同时通入氮气、反应温度控制在50～80℃；

步骤三、过30min以后，加入按重量百分比为0.02％～0.18％的引发剂，引发时间15～60min，再加入按重量百分比为83～89％的丙烯酸(钠)和0.06％～0.4％的交联剂，在氮气保护下反应搅拌1～3h，直至反应液变粘稠为止；

具体实施方式六：本实施方式以废纸为原料制备保水剂的方法包含下列步骤：

步骤一、将废纸碎解、脱墨后或得的纤维素，再经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，干燥后粉碎为120～160目的粉末；

步骤二、将步骤一制得的纤维素粉末放入四口瓶中，1g的废纸纤维素粉末加入50～65ml的水、搅拌20～40min、通入氮气、排氧、反应温度控制在50～80℃；

步骤三、过30min以后，加入按重量百分比为0.02％～0.18％的引发剂，引发15～60min，再加入按重量百分比为83～89％的丙烯酰胺和0.06％～0.4％的交联剂，在氮气保护下反应搅拌1～3h，直至反应液变粘稠为止；

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五和六的不同点在于步骤三中还包含有采用微波反应器进行化学合成，反应器的反应功率为150～500w，反应时间为2～20min。

采用微波反应器进行化学合成能大大缩短反应时间，提高生产效率；反应过程中无温度梯度，反应均匀并可抑制副产物的产生；设备简单，易于操作等优点，并能进一步提高吸水树脂的产品质量，降低生产成本，同时还实现了合成工艺的绿色环保化和可再生资源纤维素的高效利用。微波技术适用于干反应或半干反应，在合成过程中不会对环境造成污染。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤一将水洗、晾干后的亚麻屑或中药渣直接粉碎至120～160目粉末，用硝酸浸泡24h后，水洗至中性，干燥，备用。此方法将亚麻屑、废纸或中药渣中的成分几乎完全保留，省去分离的过程，吸水能力略有降低。充分利用了资源，缩短了工艺流程。其它步骤与具体实施方式五相同(不含盐酸水解过程)。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤二中搅拌时间控制在30min。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤二中的反应温度控制在65℃；步骤三中引发时间为30min。

本发明以废弃亚麻屑或中药渣和废纸为原料，采用水溶液聚合法：通过利用引发剂使纤维素链上产生自由基，通过单体接枝成链，通过接枝共聚反应和利用交联剂形成轻度的网络交联体系，通过网络之间的内外离子的浓度差所形成的渗透压差使水分子能够进入到吸水保水剂的内部，并且在各个支链上的亲水基团与水分子形成的氢键将水分子锁住，使水分子不能自由移动从而达到吸水保水的目的。

Claims

1.利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂，其特征在于它由废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末、引发剂、单体和交联剂经化学合成方法制成，按重量百分比废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末为8～17％、引发剂为0.02％～0.18％、单体为83～89％、交联剂为0.06～0.4％，各组分重量百分比之和为100％，其中，单体采用丙烯酸钠或丙烯酰胺，引发剂采用过硫酸钾，交联剂采用N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

2.根据权利要求1所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂，其特征在于按重量百分比废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末为12％、引发剂为0.05％、单体为87.75％、交联剂为0.2％。

3.根据权利要求1所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂，其特征在于按重量百分比废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸中提取的纤维素粉末为16％、引发剂为0.15％、单体为83.75％、交联剂为0.1％。

4.如权利要求1所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于该方法包含下列步骤：

步骤一、将水洗、晾干后的亚麻屑和/或中药渣经过碱蒸煮，去除木质素、半纤维素，分离出纤维素，经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，干燥后粉碎为120～160目的纤维素粉末；

5.根据权利要求4所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于步骤三中还包含有采用微波反应器进行化学合成，反应器的反应功率为150～500w，反应时间为2～20min。

6.根据权利要求4所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于步骤一将水洗、晾干后的亚麻屑和/或中药渣直接粉碎至120～160目粉末，用硝酸浸泡24h后，水洗至中性，干燥，备用。

7.根据权利要求4所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于搅拌时间控制在30min。

8.如权利要求1所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于该方法包含下列步骤：

步骤一、将废纸碎解、脱墨后获得的纤维素，再经盐酸水解，使得纤维素链末端产生还原性的醛基，干燥后粉碎为120～160目的粉末；

步骤二、将步骤一获得的纤维素粉末放入四口瓶中，1g的废纸纤维素粉末加入50～65ml的水、搅拌20～40min、通入氮气、排氧、反应温度控制在50～80℃；

9.根据权利要求8所述的利用废弃亚麻屑和/或中药渣、或者废纸为原料的保水剂的制备方法，其特征在于步骤二中的反应温度控制在65℃；步骤三中引发时间为30min。