CN101967261B

CN101967261B - 一种含有植物营养元素及生长素高吸水树脂的制备方法

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Publication number: CN101967261B
Application number: CN2010105013230A
Authority: CN
Inventors: 温国华; 李东芳; 邢建霞; 任婷婷; 林波; 张伟; 目仁更; 张思思
Original assignee: Inner Mongolia University
Current assignee: Inner Mongolia University
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2030-10-09
Also published as: CN101967261A

Abstract

本发明公开了一种含植物营养元素及生长素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，将邻硝基苯酚溶解在氢氧化钠溶液中，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、过硫酸盐及N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液，于室温下搅拌均匀，然后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及生长素的高吸水树脂。本方法制备的高吸水树脂吸水性能优良，不仅含有钾、磷及氮营养元素，还含有植物生长素邻硝基苯酚，它在土壤的水分保持、沙漠防治和植物生长促进等方面具有很广阔的应用前景。

Description

一种含有植物营养元素及生长素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、氢氧化钠等为主要原料合成含有植物营养元素及生长素高吸水树脂的制备方法。

背景技术

高吸水树脂是一种新型的高分子材料，起源于淀粉系，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。高吸水树脂吸水能力极强，吸水量为自身的几十倍乃至几千倍，吸水后形成水凝胶，无论加多大压力也不脱水，具有优良的保水能力。高吸水树脂已被应用于工业、农业、医疗卫生和环境保护等领域，成为很有价值的功能高分子材料。

淀粉广泛存在于生物界，原料来源丰富，种类多，价格低廉，为淀粉系高吸水树脂的合成提供了优越的供应条件。近几年来，淀粉系高吸水树脂发展很快，产品的类型多种多样，吸水性能不断改善，用途越来越广，具有极其重要的价值。

高吸水树脂施与土壤后，不仅能使土壤形成团粒结构，改善土壤的温差，还能将肥料保存在土壤中，提供植物所需的肥料，并能防止肥料以及水土流失，增强肥效和抗旱效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含有植物营养元素及生长素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、过硫酸盐及N，N′-亚甲基双丙烯酰胺等为原料，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及生长素的高吸水树脂。

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、氢氧化钾及溶解氢氧化钾所用去离子水的质量比为1∶5-12∶0.78-7.46∶3-8；将邻硝基苯酚溶解于配制好的氢氧化钠溶液中，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∶0.002-0.160∶0.0006-0.0414∶3-10；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∶5-8；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，其中淀粉或淀粉衍生物与尿素及磷酸二氢钾的质量比为1∶0.04-0.40∶0.02-0.20，加入淀粉或淀粉衍生物质量2.4％-4.8％的过硫酸盐作引发剂、0.375％-2.000％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，逐渐升温直至90℃-96℃，并使混合物在该温度范围内保温1.5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及生长素的高吸水树脂。

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，在含有营养元素及生长素的情况下，吸去离子水量可达290-570倍。2、产品含植物生长必需的氮、磷及钾营养元素，在保持土壤水分的同时，还能发挥营养元素的功效，3、产品含有植物生长素邻硝基苯酚，可促进植物生长发育，还能增强植物本身的抗逆能力，把病害损失降到最低。

本发明的高吸水树脂不仅能提供植物生长所需要的氮、磷及钾营养元素，而且还含有能促进植物生长、提高产量的生长素邻硝基苯酚，该高吸水树脂在农、林、牧及荒漠化防治等领域中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是含植物营养元素及生长素高吸水树脂的制备工艺流程图

图2是含植物营养元素及生长素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0.1035g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0.40g邻硝基苯酚。称量2.5g马铃薯淀粉磷酸酯，量取15.0ml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、0.8g尿素、0.3g磷酸二氢钾、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，65℃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及生长素的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为570g/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0.20g，氢氧化钠用量为0.0518g，65℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为520g/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0.5g，磷酸二氢钾的用量为0.1g，邻硝基苯酚的用量为0.25g，氢氧化钠用量为0.0647g，溶解马铃薯淀粉磷酸酯的去离子水用量为16.0ml，浓度为5mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液用量为9.0ml，65℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为550g/g。

实施例4：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(20.0m1)丙烯酸。将0.0518g氢氧化钠溶解在22.0ml去离子水中配制成氢氧化钠溶液，溶解0.20g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、0.5g尿素、0.1g磷酸二氢钾、80mg过硫酸钾和8.0ml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，65℃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及生长素的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为440g/g。

实施例5：实验条件同实施例4，所不同的是尿素的用量为0.2g，邻硝基苯酚的用量为0.05g，氢氧化钠用量为0.0129g，65℃时停止搅拌，该产品的吸去离子水量为360g/g。

实施例6：将5.6g氢氧化钾溶解在15.0ml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24.0g(22.8ml)丙烯酸。将0.0026g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0.01g邻硝基苯酚。称量4.0g马铃薯淀粉，量取20.0ml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、0.8g尿素、0.2g磷酸二氢钾、100mg过硫酸钾和3.0ml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，65℃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及生长素的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量为290g/g。

以实施例1所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：3469.89cm^-1(强、宽峰)；3127.11cm^-1(中强峰)；2931.43cm^-1；1719.86cm^-1；1620.58cm^-1；1401.47cm^-1(强峰)。

以实施例1所得的高吸水树脂为例，经由德国Elementar Vario ELIII型元素分析仪，由内蒙古工业大学测定，产品的元素含量为：C％＝35.62，H％＝5.04，N％＝0.994。

Claims

1.一种含有植物营养元素及生长素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、氢氧化钾及溶解氢氧化钾所用去离子水的质量比为1∶5-12∶0.78-7.46∶3-8；将邻硝基苯酚溶解于配制好的氢氧化钠溶液中，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∶0.002-0.160∶0.0006-0.0414∶3-10；糊化淀粉或溶解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淀粉衍生物所用去离子水的质量比为1∶5-8；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，其中淀粉或淀粉衍生物与尿素及磷酸二氢钾的质量比为1∶0.04-0.40∶0.02-0.20，加入淀粉或淀粉衍生物质量2.4％-4.8％的过硫酸盐作引发剂、0.375％-2.000％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，逐渐升温直至90℃-96℃，并使混合物在该温度范围内保温1.5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及生长素的高吸水树脂，该产品的吸去离子水量可达290-570倍。

2.根据权利要求1所述的含有植物营养元素及生长素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所述的含有植物营养元素及生长素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所述的含有植物营养元素及生长素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所述的含有植物营养元素及生长素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所述的含有植物营养元素及生长素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。