CN101985489B - 以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成高含钾量高吸水树脂的工艺配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以马铃薯淀粉磷酸酯为原料的高含钾量高吸水树脂的工艺配方，本配方制备的高吸水树脂与同类产品相比，其吸水量高、凝胶强度好，并含有较高含量钾元素，在干旱地区土壤的抗旱保苗、增产增收和植物生长等方面有很重要的作用。

Description

以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成高含钾量高吸水树脂的工艺配方

技术领域

本发明涉及一种以马铃薯淀粉磷酸酯、丙烯酸、氢氧化钾为主要原料合成高含钾量高吸水树脂的工艺配方。这种具有大量吸收或束缚水的高吸水树脂在农业、生理卫生等方面都有广泛的用途，尤其是在农业领域，如抗旱保苗、增产增收、土壤改良、苗木移栽等方面具有良好的应用前景，本发明的产品富含植物生长必需的钾元素，因此应用前景更为广阔。

背景技术

水资源对于工业、农业和国民经济各个领域的发展具有十分重要的作用。近年来，水资源问题已成为共同关注的全球性问题。我国水资源严重匮乏，人均占有量仅为世界平均水平的1/4，在全世界名列121位，被列为全世界十三个贫水国家之一，干旱、半干旱地区约占国土面积的51％，水土流失严重，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的极大提高，工农业和生活用水的急剧增长，水资源已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈，因此，水资源的合理高效利用引起越来越多的关注，而高吸水树脂在此领域可发挥重要作用。高吸水树脂是一种高分子量、低交联度、不溶于水的新型功能高分子材料。它具有吸收自身质量数百倍甚至上千倍水的能力，且吸水速度快，保水性能好，其应用涉及荒漠化防治、生理卫生、食品保鲜、农林园艺、医药医疗等众多领域，逐渐成为国民经济和人们日常生活中不可缺少的功能材料。

根据原料不同，高吸水性树脂主要分为合成、纤维素和淀粉三大系列。由于淀粉广泛存在于生物界，原料来源广泛，种类多，产量丰富。因此研究和开发淀粉类高吸水性树脂具有重要意义。

目前国内研究淀粉类高吸水性树脂的专利和文献报道层出不穷，产物的吸水和保水性能也十分优异，但从工业化生产和实际应用的角度看，仍存在许多问题。如吸水后的凝胶强度低，尤其是在光照或加热情况下，容易出现凝胶溶解现象、吸水后的凝胶由于淀粉骨架的存在导致凝胶易发生霉变，从而失去保水能力等。本发明的目的是针对以上问题，从改变聚合物中淀粉的特性入手，以马铃薯淀粉磷酸酯与丙烯酸及其钾盐接枝聚合合成了一种新型高吸水树脂，其吸水能力大、凝胶强度高、保水性能好并且富含钾元素。在一定程度上克服了淀粉系高吸水树脂存在的以上问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种以马铃薯淀粉磷酸酯为原料的高含钾量的高吸水树脂的工艺配方，这种高吸水树脂以马铃薯淀粉磷酸酯、丙烯酸、过硫酸钾、氢氧化钾、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺为主要原料，经合理配比，通过一定的生产工艺过程而制得。

本发明要解决的技术问题是由如下方案实现的：一种以马铃薯淀粉磷酸酯为原料的高含钾量的高吸水树脂的工艺配方，其特征是：在冰水浴冷却下，用氢氧化钾溶液与除去阻聚剂的丙烯酸进行中和反应，其中马铃薯淀粉磷酸酯与丙烯酸、氢氧化钾的质量比是1∶10-14∶2.7-6.0，将中和后的丙烯酸及其钾盐、马铃薯淀粉磷酸酯与去离子水混合，其中马铃薯淀粉磷酸酯与去离子水质量比是1∶20-30，加入马铃薯淀粉磷酸酯质量1.5％-2.6％的过硫酸钾做引发剂、0.17％-0.35％的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺做交联剂，搅拌一定时间，使混合物在搅拌下混合均匀，然后在氮气保护下，水浴加热并搅拌，达到一定温度时停止搅拌，在沸水浴中保温反应1-2小时，然后停止通氮气，将产品取出，剪切成小块，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得以马铃薯淀粉磷酸酯为原料的高含钾量的高吸水树脂。

本发明的优点是：1、该产品的性能很好，最高吸去离子水量在1400-1500g/g倍，吸自来水量在300-400倍，吸生理盐水量在60-70倍，吸人工尿量在35-45倍。2、该产品以马铃薯淀粉磷酸酯为原料，由于马铃薯淀粉磷酸酯具有可在冷水中溶胀的特点，使其不需糊化即可与水混合均匀，与直接使用淀粉为原料的工艺相比省去了糊化的步骤。3、生产该产品的原料是马铃薯淀粉，它是我国产量非常大的农产品，该产品的推广会给我国马铃薯的深加工拓展出一条新的道路，从而使农民增加收入。4、该产品中富含植物生长所必需的钾元素，用于抗旱保苗是一举两得的产品。5、本发明的高吸水树脂吸水后凝胶强度高，在80℃下仍具有较好的凝胶状态。6、本发明中的原料配比、引发剂用量、交联剂用量、丙烯酸的中和度与其他产品的工艺均有显著的不同，具体如下：(1)原料配比是指马铃薯淀粉磷酸酯与丙烯酸的质量之比，是影响吸水率的重要因素之一。这是因为淀粉磷酸酯起着提供交联网络骨架的作用，这对改善高吸水树脂的网络结构，提高吸水率有很大的帮助，进而影响产物的吸水性能。综合考虑，最终马铃薯淀粉磷酸酯与丙烯酸质量比为1∶10-14。(2)引发剂用量直接影响聚合反应的速度和聚合产物的分子质量及聚合物分子链的长短，从而影响聚合物的网络结构，因此采用引发剂用量为马铃薯淀粉磷酸酯质量的1.5％-2.6％。(3)高吸水性树脂实际上是一种低密度交联的高分子聚合物，当不使用交联剂时，所合成的高吸水树脂是一种水溶性高分子聚合物，随着交联剂用量的增加，由水溶性高分子聚合物转变为水溶胀性的树脂，若进一步交联就变成凝胶强度适中的吸水性树脂。但交联剂用量过多，交联密度太大，遇水时不易充分溶胀，吸水率也不高。因此采用交联剂用量为马铃薯淀粉磷酸酯质量的0.17％-0.35％。(4)丙烯酸中和度指丙烯酸分子中的羧基被碱中和的百分数，中和度低，导致聚合物网络结构上的离子浓度较小，产生的渗透压小，吸水率低。随着中和度的增加，离子强度增加，聚合物的吸水率也会随之升高。但中和度过高，树脂中-COOK含量增加，水溶性增大而导致吸水率降低。因此丙烯酸的中和度确定为35％-55％。

本发明的高吸水树脂主要用于种子包衣等农林业应用领域，因为这种高吸水树脂具有良好的吸水保水能力、凝胶强度和抗霉变能力，因此可以节约育种用水，减少蒸发，节省劳动力。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，同时由于产品含钾量高，因此在干旱地区土壤的水分保持、抗旱保苗及促进植物生长等方面可起到很大的作用。

附图说明

图1是本发明的制备工艺流程图

图2是丙烯酸与马铃薯淀粉磷酸酯质量比对产品吸去离子水率影响的曲线图

图3是引发剂用量对产品吸去离子水率影响的曲线图

图4是交联剂用量对产品吸去离子水率影响的曲线图

图5是丙烯酸的中和度对产品吸去离子水率影响的曲线图

图6是高吸水树脂的吸去离子水速率的曲线图

图7是高吸水树脂耐盐性的曲线图

图8是高吸水树脂的红外光谱图

具体实施方式

实施例1：称量9.3g氢氧化钾，量取42.0mL去离子水，配制成氢氧化钾溶液，在冰水浴冷却及搅拌的条件下，中和30.0g除去阻聚剂的丙烯酸。称取3.0g马铃薯淀粉磷酸酯、60mg过硫酸钾和8mg N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，量取15.0mL去离子水，将上述原料与中和后的丙烯酸及其钾盐溶液进行混合，于室温下搅拌一小时，混合均匀后。通入氮气并在搅拌下加热，控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，并使反应充分进行，当温度达到60℃时停止搅拌。此后逐渐升温，当水浴温度为90℃-97℃，继续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，剪切成小块，于40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成的高含钾量高吸水树脂，产品吸去离子水率为1320g/g。

实施例2：称取2.7g马铃薯淀粉磷酸酯，其他实验条件与实施例1相同，产品吸去离子水率为1420g/g。

实施例3：称取2.5g马铃薯淀粉磷酸酯，其他实验条件与实施例1相同，产品吸去离子水率为1450g/g。

实施例4：称取引发剂过硫酸钾50mg，其他实验条件与实施例1相同，产品吸去离子水率为1350g/g。

实施例5：称取引发剂过硫酸钾55mg，其他实验条件与实施例1相同，产品吸去离子水率为1420g/g。

实施例6：称取交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺6mg，其他实验条件与实施例5相同，产品吸去离子水率为1400g/g。

实施例7：称取交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺7mg，其他实验条件与实施例5相同，产品吸去离子水率为1500g/g。

实施例8：称取氢氧化钾7.0g，其他实验条件与实施例7相同，产品吸去离子水率为1430g/g。

实施例9：称取氢氧化钾8.2g，其他实验条件与实施例7相同，产品吸去离子水率为1460g/g。

实施例10：称取氢氧化钾10.5g，其他实验条件与实施例7相同，产品吸去离子水率为1360g/g。

以实施例10所值得的高吸水树脂为例，用火焰原子吸收光谱法进行测定，产品的含钾量为23.2％。

Claims (2)

1.以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成高含钾量高吸水树脂的方法，其特征在于：称量9.3g氢氧化钾，量取42.0mL去离子水，配制成氢氧化钾溶液，在冰水浴冷却及搅拌的条件下，中和30.0g除去阻聚剂的丙烯酸；称取3.0g马铃薯淀粉磷酸酯、60mg过硫酸钾和8mg N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，量取15.0mL去离子水，将上述原料与中和后的丙烯酸及其钾盐溶液进行混合，于室温下搅拌一小时，混合均匀后，通入氮气并在搅拌下加热，控制加热速度，使水浴温度缓慢升高，并使反应充分进行，当温度达到60℃时停止搅拌；此后逐渐升温，当水浴温度为90℃-97℃，继续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，剪切成小块，于40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成的高含钾量高吸水树脂，产品吸去离子水率为1320g/g。

2.根据权利要求1所述的以马铃薯淀粉磷酸酯为原料合成高含钾量高吸水树脂的方法，其特征在于：所述的水浴温度为97℃。

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