CN101302269A - 一种高吸水树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高吸水树脂的制备方法，主要工艺过程是将丙烯酸通过中性氧化铝的色谱柱除去阻聚剂，在冰水浴下，氢氧化钠与丙烯酸进行中和反应，马铃薯淀粉与去离子水混合、糊化，将中和后的丙烯酸及其盐溶液和糊化后的马铃薯淀粉混合，并加入引发剂过硫酸钾，在氮气保护下搅拌均匀后，加热升温使马铃薯淀粉与丙烯酸及其盐在氮气保护下进行接枝共聚反应，使混合物保温反应，烘干、粉碎，即得高吸水树脂。本方法制备的高吸水树脂性能很好，与同类产品相比，其吸水量有了大大的提高。本方法以马铃薯淀粉为原料，这给农产品的深加工拓展出一条新的道路。本方法制备的高吸水树脂可用于一次性卫生用品，还可改变土壤的团粒结构，增大其透水性、透气性，在干旱地区土壤的水分保持、沙漠防治方面有很大的作用。
Description
技术领域
本发明涉及用于农业、林业、畜牧业、园艺及生活用品的高吸水树脂的制备方法，特别指以马铃薯淀粉、丙烯酸为主要原料来合成高吸水树脂的制备方法。
背景技术
高吸水树脂优良的吸水性和保水性使其在许多领域内都得到了应用。一次性尿布等卫生用品是高吸水树脂最早开发的应用领域，目前仍是高吸水树脂的最大消费市场。将高吸水树脂加入到土壤中，可以改变土壤的团粒结构，增大土壤的透水性、透气性，并可将加入的水储存起来，在干旱地区土壤的水分保持、沙漠防治方面具有诱人的前景。现在日本和法国已将高吸水树脂用于中东和北非，实施沙漠变绿洲的计划。将高吸水树脂用于光缆、电缆上，可以避免电缆破损时水的进入，在该方面年需求增长率为30％。
高吸水树脂的合成原料丰富，生产工艺各异，制备方法很多。虽然我国在高吸水树脂的研究上取得了一定的成果，但与国外相比，差距还相当大，如树脂的吸水倍数低、耐盐性能差、吸水后的凝胶强度低、生产工艺复杂、产品成本高等。特别在吸水理论、吸水剂性能和应用方面的研究还不多，工业化生产厂家生产的品种和数量还比较少，有许多工作需要人们深入去做。
高吸水树脂吸水极强，其吸水后溶涨为凝胶，当受到外力挤压时，水也不易流失，具有优良的保水性能。高吸水树脂是一种新型的高分子材料。高吸水树脂作为一种功能高分子材料，诞生于20世纪60年代。在日本被誉为20世纪90年代新技术之一。淀粉是较好的合成高吸水树脂的原料之一。目前，用淀粉合成的高吸水树脂发展非常迅速。由于用改性淀粉制备的超强吸水剂具有吸收倍率高、速度快等优点，所以改性淀粉在吸水剂中具有更广阔的应用前景。
淀粉是一种可再生、来源广泛的天然高分子化合物。淀粉与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性烯类单体的接枝共聚物是目前高吸水树脂市场中的品种之一。由于淀粉价格低廉、生物降解性能好，在一次性使用的个人卫生品市场上相对其它合成系列有明显的优势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高吸水树脂的制备方法，这种制备方法以马铃薯淀粉、丙烯酸、过硫酸钾、氢氧化钠为主要原料，经合理配比，通过一定的生产工艺过程而制得高吸水树脂。
本发明要解决的技术问题是由如下方案解决的：一种高吸水树脂的制备方法，其特征是：将丙烯酸通过中性氧化铝的色谱柱分离或减压蒸馏的方法而达到除去其中阻聚剂的目的，在冰水浴冷却下，用浓度为25％氢氧化钠溶液与丙烯酸进行中和反应，丙烯酸与氢氧化钠固体的重量比是1∶0.11-0.52，马铃薯淀粉与去离子水以1∶4-6的重量比混合，在60℃-70℃温度下进行糊化，将中和后的丙烯酸及其盐溶液和糊化后的马铃薯淀粉混合，糊化马铃薯淀粉、丙烯酸钠和丙烯酸的重量比是1∶0.26-1.21∶0.80-0.07，并加入马铃薯淀粉重量的1.0％-2.0％过硫酸钾做引发剂，在氮气保护下搅拌0.5-1小时，使混合物搅拌均匀之后，用水浴加热逐渐升温直至温度达到90℃-100℃，使马铃薯淀粉与丙烯酸及其盐进行接枝共聚反应，反应过程在氮气保护下进行，并使混合物在90℃-100℃条件下保温反应1-2小时，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水树脂。
本发明的优点是：1、用本方法制备的高吸水树脂性能很好，最高吸去离子水量在1100-1300倍，吸自来水量在300-500倍，吸生理盐水量在100-120倍，吸人工尿量在140-160倍，与市场上同类产品相比，其吸水量有了大大的提高。2、本方法以马铃薯淀粉为原料，由于马铃薯淀粉与其它淀粉结构不同，使其吸水量最高出现在中和度较低的30％-50％，而不是在较高中和度出现，这样就大大减少了氢氧化钠的用量。马铃薯淀粉是产量非常大的农产品，这会给我国农产品的深加工拓展出一条新的道路，从而增加农民收入。3、本制备方法中的原料配比、马铃薯淀粉糊化温度、引发剂用量与其它产品的工艺均有显著的不同，具体如下：(1)反应物的配比是指马铃薯淀粉和丙烯酸的重量比。原料配比是影响吸水率的重要因素之一。这是因为丙烯酸含量的多少直接影响接枝聚合物的分子量，从而影响产品的吸水性能。另外，接枝共聚中空间位阻效应和丙烯酸的自聚现象也会使产品的吸水率降低。综合考虑，最终马铃薯淀粉与丙烯酸重量比为1∶4-6。(2)淀粉的糊化是指淀粉在适当的温度下，在水中发生溶胀、分裂，形成均匀的糊状溶液。温度过高会导致“老化”，在水中不易分散，使接枝率降低，吸水能力下降；温度过低则淀粉发生不了糊化作用。马铃薯淀粉比较适合的糊化温度是60℃-70℃。(3)引发剂浓度增加，体系中自由基数目增多，加快了接枝聚合反应的速率，接枝率也相应增加，故吸水率增加；但引发剂过量，产生过多自由基易引起链转移和链终止反应，反而会使接枝率下降，即接枝链不易增长，聚合物分子量较小，大分子间作用力也小，在水分子作用下会部分溶解，导致吸水率下降。因此采用引发剂用量为淀粉量的1.0％-2.0％。
本高吸水树脂碎后主要用于一次性使用的个人卫生用品，同时还可以用于水土保持方面等一些领域，因为这种高吸水树脂还可以改变土壤的团粒结构，增大土壤的透水性、透气性，并可将雨水或灌溉水储存起来，因此在干旱地区土壤的水分保持、沙漠防治方面可起到很大的作用。
附图说明
图1是本发明高吸水树脂的制备工艺流程图
图2是中和度对产品吸去离子水率影响的曲线图
图3是中和度对产品吸自来水率影响的曲线图
图4是中和度对产品吸生理盐水率影响的曲线图
图5是高吸水树脂吸水速率的曲线图
图6是高吸水树脂耐盐性的曲线图
图7时中和度为30％高吸水树脂的红外光谱(IR)图
以中和度为30％的高吸水树脂为例，经由NEXUSTM 670FT-IR E.S.P型红外光谱仪测定。
IR光谱主要吸收峰(σ/cm-1)：3473.97(非常强)，2932.83，2519.77，1973.30，1718.84(强)，1562.58，1454.22，1409.80，1262.24，1164.36，1077.23，1022.35，922.77，806.78，764.36，617.82，574.26，515.98，423.76。
以中和度为30％的高吸水树脂为例，经德国Elementar Vario ELIII型元素分析仪器测定，产品的含量为：N％＝0.000，C％＝41.58，H％＝5.159。
具体实施方式
实施例1：称量5.0g氢氧化钠，量取15.0ml去离子水，配制25％的氢氧化钠溶液，在冰水浴冷却及搅拌的条件下，中和30.0g(28.6ml)丙烯酸。称量5.0g马铃薯淀粉，量取25.0ml去离子水，混合均匀，于65℃水浴中糊化，后冷却至室温，加入80.4mg过硫酸钾引发剂和已中和的丙烯酸及其盐的溶液，在氮气保护下，于室温搅拌半小时，使其混合均匀。同时控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，使反应充分进行，当温度达到90℃时停止搅拌。此后逐渐升温当水浴温度为90℃-100℃，继续加热使其在该温度范围内反应1-2小时，停止通氮气，冷却至室温。将产品取出，将其剪成小块，于40℃-50℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得中和度为30％的高吸水树脂。
实施例2：称量8.3g氢氧化钠，量取25.0ml去离子水，配制25％的氢氧化钠溶液，在冰水浴冷却及搅拌的条件下，中和30.0g(28.6ml)丙烯酸。称量5.0g马铃薯淀粉，量取25.0ml去离子水，混合均匀，于66℃水浴中糊化，后冷却至室温，加入78.6mg过硫酸钾引发剂和已中和的丙烯酸及其盐的溶液，在氮气保护下，于室温搅拌半小时，使其混合均匀。同时控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，使反应充分进行，当温度达到90℃时停止搅拌。此后逐渐升温当水浴温度为90℃-100℃，继续加热使其在该温度范围内反应1-2小时，停止通氮气，冷却至室温。将产品取出，将其剪成小块，于40℃-50℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得中和度为50％的高吸水树脂。
Claims (1)
1、一种高吸水树脂的制备方法，其特征是：将丙烯酸通过中性氧化铝的色谱柱分离除去其中的阻聚剂，在冰水浴冷却下，用浓度为25％氢氧化钠溶液与丙烯酸进行中和反应，丙烯酸与氢氧化钠固体的重量比是1∶0.11-0.52，马铃薯淀粉与去离子水以1∶4-6的重量比混合，在60℃-70℃温度下进行糊化，将中和后的丙烯酸及其盐溶液和糊化后的马铃薯淀粉混合，糊化马铃薯淀粉、丙烯酸钠和丙烯酸的重量比是1∶0.26-1.21∶0.80-0.07，并加入马铃薯淀粉重量的1.0％-2.0％过硫酸钾做引发剂，在氮气保护下搅拌0.5-1小时，使混合物搅拌均匀之后，用水浴加热逐渐升温直至温度达到90℃-100℃，使马铃薯淀粉与丙烯酸及其盐进行接枝共聚反应，反应过程在氮气保护下进行，并使混合物在90℃-100℃条件下保温反应1-2小时，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水树脂。
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- 2007-05-11 CN CN2007100974348A patent/CN101302269B/zh not_active Expired - Fee Related
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