CN101948558A

CN101948558A - 一种含有植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法

Info

Publication number: CN101948558A
Application number: CN 201010501321
Authority: CN
Inventors: 温国华; 李东芳; 邢建霞; 李钰; 林波; 张伟; 目仁更; 张媛
Original assignee: Inner Mongolia University
Current assignee: Inner Mongolia University
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-10-09
Also published as: CN101948558B

Abstract

本发明公开了一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法，主要工艺过程是在冰水浴冷却及搅拌下用氢氧化钾溶液中和除去阻聚剂的丙烯酸，将邻硝基苯酚溶解于氢氧化钠溶液中，将糊化后淀粉或淀粉衍生物溶液与丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液混合，加入尿素、磷酸二氢钾、黄腐酸钠、过硫酸盐及N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液，在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，并经保温反应，烘干、粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂。本方法制备的高吸水树脂不仅含有钾、磷及氮营养元素，还含有邻硝基苯酚及黄腐酸钠，该高吸水树脂在土壤的水分保持、沙漠防治和植物生长促进等方面有很广阔的应用前景。

Description

一种含有植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法

技术领域

本发明涉及用于农业、林业、畜牧业及园艺等领域的高吸水树脂的制备方法，特别指以淀粉或淀粉衍生物、丙烯酸、尿素、磷酸二氢钾、邻硝基苯酚、氢氧化钾、氢氧化钠、黄腐酸钠等为主要原料合成含有植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法。

背景技术

高吸水树脂是带有许多亲水基团的低交联度或者部分结晶性的高分子聚合物，是20世纪60年代开始发展起来的一种新型功能高分子材料。高吸水树脂不溶于水，也不溶于有机溶剂，吸水量为自身质量的数百倍甚至上千倍，且保水性能好，对光、热、酸及碱均表现出良好的稳定性。高吸水树脂以其优越的性能被广泛应用于农业、医疗卫生、日用化工及环境保护等领域。

淀粉是合成高吸水树脂的三大原料来源之一。淀粉类高吸水树脂是由淀粉或其衍生物与乙烯基单体在引发剂作用下或辐射引发下制得的。淀粉类高吸水树脂因原料淀粉的来源丰富、价格低廉，为其合成提供了优越的供应条件；其独特的吸水性能、优异的保水性能及良好的加工性能，为其应用奠定了良好的基础。淀粉类高吸水树脂是最近几年发展很快的一种新型功能高分子材料，现已成为该领域的研究重点。

高吸水树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且它能使土壤形成团粒结构，并能缩小土壤的温差，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，从而可增强土壤的肥效和抗旱效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法，这种制备方法以淀粉或淀粉衍生物、丙烯酸、氢氧化钾、氢氧化钠、尿素、磷酸二氢钾、邻硝基苯酚、黄腐酸钠、过硫酸盐及N，N′-亚甲基双丙烯酰胺等原料，经合理配比，通过一定的生产工艺过程而制得含有植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂。

本发明的技术方案：配制浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液作为交联剂，再配制氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液；在冰水浴冷却下用配制好的氢氧化钾溶液中和除去阻聚剂的丙烯酸，制得丙烯酸的中和度为20％-80％的丙烯酸及其钾盐溶液，其中淀粉或淀粉衍生物与丙烯酸、氢氧化钾、溶解氢氧化钾所用去离子水的质量比为1∶5-12∶0.78-7.46∶2-8；将邻硝基苯酚溶解于配制好的氢氧化钠溶液中，制备邻硝基苯酚及其钠盐溶液，其中淀粉或淀粉衍生物与邻硝基苯酚、氢氧化钠及溶解氢氧化钠所用去离子水的质量比为1∶0.004-0.080∶0.0010-0.0207∶2.4-10.0；糊化淀粉或淀粉衍生物溶液的制备，其中淀粉或淀粉衍生物与分散淀粉或溶解淀粉衍生物所用去离子水的质量比为1∶5-10；将糊化后淀粉或淀粉衍生物溶液、丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液混合，加入尿素、磷酸二氢钾、黄腐酸钠，其中淀粉或淀粉衍生物与尿素、磷酸二氢钾及黄腐酸钠的质量比为1∶0.04-0.40∶0.02-0.04∶0.004-0.160，加入淀粉或淀粉衍生物质量1.8％-4.8％的过硫酸盐作为引发剂、0.5％-2.0％的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，室温下搅拌0.5-1.0小时，使混合物搅拌均匀，然后在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，当反应物粘度增加时停止搅拌，持续升温直至90℃-96℃，使混合物在该温度范围内保温1.5-2.0小时，停止通氮气。将产品取出，剪成小块，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂。

上述技术方案所述，淀粉是玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉。

上述技术方案所述，淀粉衍生物是羧甲基淀粉、淀粉磷酸酯、淀粉醋酸酯、淀粉黄原酸酯。

上述技术方案所述，淀粉或淀粉衍生物是马铃薯淀粉或马铃薯淀粉衍生物。

上述技术方案所述，丙烯酸的中和度为20％-80％，其中和度是20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，中和度优选40％-60％。

上述技术方案所述，引发剂过硫酸盐可以是过硫酸钾、过硫酸铵。

本发明的优点：1、产品的吸水性能很好，在含有营养元素、生长素及黄腐酸钠的情况下，吸去离子水量可达300-700倍。2、产品含植物生长必需的氮、磷及钾营养元素，既能保持土壤水分，又能发挥营养元素的功效。3、产品含有生长素邻硝基苯酚，能促进植物生长发育，增强植物本身的抗逆能力。4、产品含有对植物生长具有调节作用的黄腐酸钠，能增强植物的抗旱、抗寒、抗疾病能力，能改善作物品质，而且黄腐酸钠与氮、磷营养元素配合，能促进植物对氮、磷养分的吸收。

本发明的高吸水树脂具有优良的吸水性、保水性及保肥性，并且还可以促进植物生长发育，改善作物品质，在农业、林业、畜牧业、园艺及沙漠化防治等领域有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备工艺流程图

图2是含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的红外光谱图

具体实施方式

实施例1：将7.9g氢氧化钾溶解在20.0ml去离子水中，配制成氢氧化钾溶液，在冰水浴冷却及搅拌下，中和22.5g(21.4ml)丙烯酸。将0.0129g氢氧化钠溶解在25.0ml去离子水中配制成氢氧化钠溶液，溶解0.05g邻硝基苯酚。称量2.5g马铃薯淀粉磷酸酯，量取17.0ml去离子水，在搅拌下混合均匀，再加入已中和好的丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液、0.75g尿素、0.10g磷酸二氢钾、0.10g黄腐酸钠、100mg过硫酸钾和9.0ml浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液，在室温下搅拌0.5小时。然后在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，同时控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，62℃时反应物粘度开始增加，停止搅拌。逐渐升温，当水浴温度为90℃-96℃时，继续加热使其在该温度范围内反应1.5小时，停止通氮气。将产品取出，剪成小块，于40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为510g/g。

实施例2：实验条件同实施例1，所不同的是邻硝基苯酚的用量为0.10g，氢氧化钠的用量为0.0259g，64℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为360g/g。

实施例3：实验条件同实施例1，所不同的是尿素的用量为0.25g，磷酸二氢钾的用量为0.05g，黄腐酸钠的用量为0.05g，浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液用量为8.0ml，溶解马铃薯淀粉磷酸酯的去离子水用量为17.0ml，65℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为460g/g。

实施例4：实验条件同实施例1，所不同的是尿素的用量为0.25g，磷酸二氢钾的用量为0.05g，黄腐酸钠的用量为0.03g，邻硝基苯酚的用量为0.01g，氢氧化钠的用量为0.0026g，浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液用量为8.0ml，溶解马铃薯淀粉磷酸酯的去离子水用量为17.0ml，66℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为500g/g。

实施例5：将9.8g氢氧化钾溶解在20.0ml去离子水中，配制成氢氧化钾溶液，在冰水浴冷却及搅拌下，中和21.0g(20.0ml)丙烯酸。将0.0259g氢氧化钠溶解在20.0ml去离子水中配制成氢氧化钠溶液，溶解0.10g邻硝基苯酚。称量2.5g羧甲基马铃薯淀粉，量取20.0ml去离子水，在搅拌下混合均匀。再加入中和后的丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液、0.5g尿素、0.1g磷酸二氢钾、0.05g黄腐酸钠、100mg过硫酸钾和10.0ml浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液，在室温下搅拌0.5小时。然后在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，同时控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，68℃时停止搅拌，逐渐升温，当水浴温度为90℃-96℃时，继续加热使其在该温度范围内反应1.5小时，停止通氮气。将产品取出，剪切成小块，于40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为360g/g。

实施例6：将7.0g氢氧化钾溶解在10.0ml去离子水中，配制成氢氧化钾溶液，在冰水浴冷却及搅拌下，中和30.0g(28.6ml)丙烯酸。将0.0052g氢氧化钠溶解在12.0ml去离子水中，配制成氢氧化钠溶液，溶解0.02g邻硝基苯酚。称量5.0g马铃薯淀粉，量取25.0ml去离子水，搅拌下混合均匀，在65℃-70℃的水浴中下加热糊化，然后冷却至室温，再加入已中和好的丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液、0.50g尿素、0.10g磷酸二氢钾、0.12g黄腐酸钠、90mg过硫酸钾和5.0ml浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液，在室温下搅拌0.5小时。然后在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，同时控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，70℃时反应物粘度开始增加，停止搅拌，逐渐升温，当水浴温度为90℃-96℃时，继续加热使其在该温度范围内反应1.5小时，停止通氮气。将产品取出，剪切成小块，于40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为360g/g。

以实施例1所制得的高吸水树脂为例，经由NEXUS_TM 670FT-IR E.S.P型红外光谱仪，由内蒙古大学测定。IR光谱主要吸收峰：3482.73cm^-1(强、宽峰)；3133.96cm^-1(中强峰)；1720.23cm^-1；1616.87cm^-1；1401.24(强峰)。

以实施例1所制得的高吸水树脂为例，经由德国Elementar Vario ELIII型元素分析仪器，由内蒙古工业大学测定，产品的元素含量为：C％＝36.43，H％＝4.794，N％＝0.318。

Claims

1.本发明公开了一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠高吸水树脂的制备方法，主要工艺过程是：配制浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液作为交联剂，再配制氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液；在冰水浴冷却下用配制好的氢氧化钾溶液中和除去阻聚剂的丙烯酸，制得丙烯酸的中和度为20％-80％的丙烯酸及其钾盐溶液，其中淀粉或淀粉衍生物与丙烯酸、氢氧化钾、溶解氢氧化钾所用去离子水的质量比为1∶5-12∶0.78-7.46∶2-8；将邻硝基苯酚溶解于配制好的氢氧化钠溶液中，制备邻硝基苯酚及其钠盐溶液，其中淀粉或淀粉衍生物与邻硝基苯酚、氢氧化钠及溶解氢氧化钠所用去离子水的质量比为1∶0.004-0.080∶0.0010-0.0207∶2.4-10.0；糊化淀粉或淀粉衍生物溶液的制备，其中淀粉或淀粉衍生物与分散淀粉或溶解淀粉衍生物所用去离子水的质量比为1∶5-10；将糊化后淀粉或淀粉衍生物溶液、丙烯酸及其钾盐溶液、邻硝基苯酚及其钠盐溶液混合，加入尿素、磷酸二氢钾、黄腐酸钠，其中淀粉或淀粉衍生物与尿素、磷酸二氢钾及黄腐酸钠的质量比为1∶0.04-0.40∶0.02-0.04∶0.004-0.160，加入淀粉或淀粉衍生物质量1.8％-4.8％的过硫酸盐作为引发剂、0.5％-2.0％的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，在室温下搅拌0.5-1.0小时，使混合物搅拌均匀，然后在氮气保护下搅拌并在水浴中加热，当反应物粘度增加时停止搅拌，持续升温直至90℃-96℃，使混合物在该温度范围内保温1.5-2.0小时，停止通氮气。将产品取出，剪成小块，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量可达300-700倍。

2.根据权利要求1所述，一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂的制备方法，其特征是：淀粉是玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉。

3.根据权利要求1所述，一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂的制备方法，其特征是：淀粉衍生物是羧甲基淀粉、淀粉磷酸酯、淀粉醋酸酯、淀粉黄原酸酯。

4.根据权利要求1所述，一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂的制备方法，其特征是：淀粉或淀粉衍生物是马铃薯淀粉或马铃薯淀粉衍生物。

5.根据权利要求1所述，一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂的制备方法，其特征是：丙烯酸的中和度为40％-60％。

6.根据权利要求1所述，一种含植物营养元素、生长素及黄腐酸钠的高吸水树脂的制备方法，其特征是：引发剂过硫酸盐可以是过硫酸钾、过硫酸铵。