CN101357970A - 羧甲基木粉吸水剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种羧甲基木粉吸水剂，由下列原料及其重量份组成：1－3份羧甲基木粉、4－30份丙烯酸、1.3－10份30％氢氧化钠溶液、0.04－0.12份过硫酸钾，混合后在氮气氛围中加热、搅拌共聚反应成为高粘稠度的淡黄色膏状物，再经干燥、粉碎后呈淡黄色、粒度为40－100目的羧甲基木粉，吸水率1000－1200g/g、吸水速率30g/min。本吸水剂经过羧甲基木粉的获得、羧甲基木粉糊化物制备、接枝共聚物的制备、吸水剂的制备四个步骤，用作含水有机溶剂的吸水剂、土壤保水剂、水泥养护剂等。本发明用羧甲基木粉作主要原料，综合利用木粉中的纤维素、半纤维素的羧甲基化物和木质素作接枝共聚物的骨架和交联剂，木材利用率高、成本低、对环境无污染。

Description

羧甲基木粉吸水剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种有机高分子化合物，具体说是一种以羧甲基木粉为原料的高吸水率的吸水剂及其生产方法。

背景技术

羧甲基纤维素(CMC)是由纤维素上的羟基和氯乙酸进行醚化反应而制得的。CMC作为吸水剂，取代度(DS)越高吸水性越好。CMC通常以钠盐的形式存在，羧甲基的取代度0.2-0.5的CMC是白色粉末状，DS超过0.5就溶于水，因此CMC高吸水剂需使用交联剂使其成为交联网络。目前国内外CMC生产所用的主要原料是棉花绒经过处理后制成的精制棉，这种不含木质素的精制棉，用交联剂可将CMC吸水率提高到80-100倍。在此基础上，为了增加CMC的亲水基团，人们常使用CMC接枝丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等的方法，使CMC吸水率提高到1000-2000倍。常用交联剂有N，N-二甲基双丙烯酰胺、二乙烯苯、环氧氯丙烷等，而这些交联剂多为污染物质，直接限制了CMC产品的应用范围。

CN200410050060.0公告了北京理工大学的“纤维素改性高吸水性树脂的制备方法”专利技术，采用了天然纤维素或其衍生物为骨架物，以丙烯酸为接枝单体，用碱调整中和度，加入过硫酸钾、过硫酸铵等作为引发剂，在加温、搅拌及氮气保护中共聚反应得粗产品，再粉碎后用有机溶剂洗涤，真空干燥，粉碎成专用于制造医用卫生材料的高吸水性树脂。该树脂采用天然纤维素及其衍生物，包括纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等为原料，原料成本高，粗制所得成品还需洗涤，工序多、污染环境。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是设计出一种先把木粉羧甲基化，以其内的羧甲基化纤维素、半纤维素为骨架物，木质素作为交联剂，木材利用率高的，不必经过木材预处理制取纤维素因而避免了酸、碱对环境污染的，成本低的高吸水率的羧甲基木粉吸水剂及其生产方法。

解决上述技术问题的技术方案是：

本羧甲基木粉吸水剂由下列原料及其重量份配比而成：1-3份羧甲基木粉、5-30份水，搅拌糊化，加入4-30份丙烯酸、1.3-10份30％氢氧化钠溶液、0.04-0.12份过硫酸钾，混合后在氮气氛围中加热、搅拌共聚反应成为高粘稠度的淡黄色膏状物，干燥、粉碎后呈淡黄色、粒度为40-100目的粉状物，吸水率1000-1200g/g、吸水速率(凝胶质量法)30g/min。其中的羧甲基木粉以粒度40-100目的针叶树木粉为原料制成。

本羧甲基木粉吸水剂的生产方法按如下步骤进行：

(1)羧甲基木粉的取得：用木粉、异丙醇、氢氧化钠进行碱化反应，加入氯乙酸再进行醚化反应后生成物用乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎即得羧甲基木粉；

(2)羧甲基木粉糊化物的制备：在反应釜中加入羧甲基木粉1-3重量份、加入水5-30重量份，向反应釜充氮气，在氮气氛围中升温至80-90℃，搅拌0.5h，生成羧甲基木粉糊化物；

(3)共聚物的制备：在步骤(2)制成的羧甲基木粉糊化物中加入作为接枝单体的丙烯酸4-30重量份，加入浓度为30％的氢氧化钠溶液1.3-10重量份，调整中和度至60％，再加入作为引发剂的过硫酸钾0.04-0.12重量份，控制反应温度为30-60℃，共聚反应1.5-4h，得淡黄色高粘稠度的膏状接枝共聚物；

(4)吸水剂的制备：将步骤(3)制得的共聚物进行干燥、粉碎成40-100目的淡黄色粉状物后密封包装即成。

本发明的有益效果是：将木粉直接羧甲基化，既利用其纤维素、半纤维素的羧甲基化物作骨架，还利用其木质素作交联剂，木材的利用率高，并且省去了木材预处理成纤维素的工序，避免了酸、碱对环境的危害，省去了粗成品的洗涤工序，也就不会造成产品在洗涤中的流失和洗涤剂外逸对环境的负面影响，成本低。

具体实施方式

本发明结合实施例作进一步详述：

本发明将木粉直接羧甲基化后的羧甲基木粉为原料，利用羧甲基木粉中含有的30％左右的木质素作为交联剂既可以提高羧甲基木粉的DS，且使羧甲基木粉的DS提高到2.2也不溶于水，同时利用了半纤维素的羧甲基化产物，生物质得到了充分利用，既省去购买交联剂费用且环保。在反应器中将羧甲基木粉和水，在通入氮气的条件下，搅拌糊化，再加入引发剂过硫酸钾和60％中和度的单体丙烯酸进行接枝共聚，最后将反应物经干燥、粉碎制得本吸水剂，吸水率1000-1200g/g、吸水速率(凝胶质量法)30g/min。

现有技术中，尚无羧甲基木粉及其生产方法的资料报道和实物问世，为此，本申请人与本申请同日申请了名称为“高取代度羧甲基木粉及其生产方法”的发明专利，请参阅。为方便起见，现将制备羧甲基木粉的最佳实施例介绍如下：在反应釜中加入1重量份木粉、15重量份异丙醇、浓度为30％的氢氧化钠溶液1.2重量份，在30℃进行碱化反应1h，加入氯乙酸1.4重量份，在80℃下进行醚化反应2h后得到的生成物，用乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎成粒度40-100目富含羧甲基的纤维素和半纤维素的，黄色木粉状颗粒的羧甲基本粉。

下面将参与反应的各原料及其重量份配比的8个实施例列于下表：

实施例1(见表中实施例1相应原料及重量份)：向反应釜中加入羧甲基木粉1重量份(下同)，加10份水，向反应釜充氮气去氧，升温至85℃，搅拌0.5h，生成羧甲基木粉糊化物，再加入丙烯酸8份，加入2.7份浓度为30％的NaOH溶液调整中和度为60％，加过硫酸钾0.04份，控制共聚反应温度45℃，搅拌反应2h，制得淡黄色膏状物，经干燥至恒重后即进行粉碎成40目粉末，密封包装即成。

实施例2-8的相应原料及重量份、反应条件见表中所示，其余方法同实施例1。

本发明核心创意是用经过羧甲基化的木粉为主要原料，交联剂由现有技术用的N，N-二甲基双丙烯酰胺、二乙烯苯、环氧氯丙烷等化工原料改用羧甲基木粉中的木质素，既可以提高羧甲基木粉的DS，且使羧甲基木粉的DS提高到2.2也不溶于水，同时充分利用了半纤维素的羧甲基化产物，生物质得到了充分利用，既省去交联剂费用且环保。本申请人与本申请同日还申请了名称为“有机溶剂吸水剂及其生产方法”的以木粉为主要原料生产吸水剂的发明专利，吸水性能不及以羧甲基木粉为主要原料制成的吸水剂。因为木粉主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，纤维素和半纤维素属多糖类化合物，它的大分子结构上含有亲水性官能团羟基，因而具有一定的吸水性和保水性，但是吸水能力欠强。本发明进一步将木粉在碱存在下与氯乙酸作用生成羧甲基木粉，在纤维素和半纤维素大分子结构上引入亲水能力强的羧基官能团，取代亲水性略逊一著的羟基，且通过化学反应，破坏其结晶结构，增强反应性，使以羧甲基木粉为原料制成的吸水剂，比以木粉为主要原料制成的吸水剂的吸水率提高400-600g/g。提高其吸水性。

本发明从优选方案考虑，采用针叶材木粉作羧甲基化物原料，应该说，其他木质生物质原料，如农作物秸秆、木材机械浆、竹子加工剩余物等均可作为羧甲基化原料，继而进一步制成同类吸水剂，这是显而易见的，恕不详述。

接枝单体除丙烯酸外，甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、顺丁烯二酸等均可。引发剂选用要综合考虑无毒、反应活跃、成本低、溶解特性等因素，决定选用过硫酸钾，其余常规的过硫酸铵、高锰酸钾、过氧化氢、硝酸铈铵等也可用。调整丙烯酸中和度的碱类除NaOH外，Na₂CO₃、NaHCO₃均可。

调整中和度为60％也是一种优选方案，中和度50-90％都是可行的，但这牵涉到NaOH的加入量和浓度的相应改变，因此，中和度为一个确定值，如60％，还有利于生产操作。

本发明中将原料与制成品的粒度均定为40-100目，是从常用的粒度要求和工艺简单、节能考虑而定，也完全可按用户要求，超范围确定粒度。

Claims (3)

1、一种羧甲基木粉吸水剂，其原料及重量份配比是：1-3份羧甲基木粉、5-30份水、4-30份丙烯酸、1.3-10份30％氢氧化钠溶液、0.04-0.12份过硫酸钾，经混合后在氮气氛围中加热、搅拌共聚反应而成，初始产品为高粘稠度的淡黄色膏状物，干燥、粉碎后呈淡黄色、粒度为40-100目的粉状物，吸水率1000-1200g/g、吸水速率30g/min。

2、如权利要求1所述的羧甲基木粉吸水剂，其特征是所说的羧甲基木粉为40-100目的针叶树木粉制成的羧甲基木粉。

3、如权利要求1所述的羧甲基木粉吸水剂的生产方法，其特征是按如下步骤进行：

(1)羧甲基木粉的取得：用木粉、异丙醇、氢氧化钠进行碱化反应，加入氯乙酸再进行醚化反应后生成物用乙醇洗涤、压滤、烘干、粉碎即得羧甲基木粉；

(2)羧甲基木粉糊化物的制备：在反应釜中加入羧甲基木粉1-3重量份、加入水5-30重量份，向反应釜充氮气，在氮气氛围中升温至80-90℃，搅拌0.5h，生成羧甲基木粉糊化物；

(3)共聚物的制备：在步骤(2)制成的羧甲基木粉糊化物中加入作为接枝单体的丙烯酸4-30重量份，加入浓度为30％的氢氧化钠溶液1.3-10重量份，调整中和度至60％，再加入作为引发剂的过硫酸钾0.04-0.12重量份，控制反应温度为30-60℃，共聚反应1.5-4h，得淡黄色高粘稠度的膏状接枝共聚物；

(4)吸水剂的制备：将步骤(3)制得的共聚物进行干燥、粉碎成40-100目的淡黄色粉状物后密封包装即成。