CN102167787B - 一种麦饭石复合吸水材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种麦饭石复合吸水材料的制备方法，包括以下操作步骤：先将去除阻聚剂的丙烯酸单体加入水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入一元强碱的水溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为50%～80%的丙烯酸盐水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸盐水溶液中加入交联剂，搅拌均匀后得到混合物A；在混合物A中，加入麦饭石粉，充分搅拌得到混合物B；向混合物B中加入引发剂，保持搅拌反应，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品，干燥，粉碎得到麦饭石复合吸水材料。本发明吸水材料即改善了高吸水材料的性能，又降低了生产成本，而且还具有硅肥作用。

Description

一种麦饭石复合吸水材料的制备方法

技术领域

本发明属于吸水保水材料技术领域，具体涉及一种麦饭石复合吸水材料的制备方法。

背景技术

高吸水树脂（英文Super Absorbent Polymer，简称 SAP）是一种新型的功能高分子材料，因具有很强的吸水性和优良的保水性而在农林园艺、沙漠防治、工业及日常生活等方面有着广阔的应用前景，高吸水树脂的生产能力也随着需求量的增加而不断扩大。尽管单纯由丙烯酸（盐）类、丙烯酸酯类、丙烯酰胺类化学试剂制备的高吸水树脂有比较好的吸水能力，但是由于成本相对较高而在使用中受到一定限制。如何降低成本，是高吸水树脂领域需要解决的头等问题。通过使用廉价的无机原料对上述高吸水树脂进行改性，合成有机-无机复合高吸水树脂，成为一种较为理想的途径。

无机矿物具有与土壤相容性好，且来源广、价格低廉、能反复使用等特点，有些无机矿物还富含多种植物生长所必需的微量元素，开发有机-无机复合吸水材料，降低生产成本，提高实用性能是近年来国内外高吸水树脂开发的一个趋势，如膨润土复合高吸水树脂、高岭土复合高吸水树脂、蛭石复合高吸水树脂、伊利石复合高吸水树脂等的研究开发已经引起重视。

我国麦饭石(英文名Maifan stone)资源丰富，遍及全国。自1984年以来在全国20多个省市自治区发现麦饭石矿区。麦饭石资源分布广、储量大、成本低。1986-1987年陕西省地况局综合研究队经过踏勘调查、分析测试，确定了秦岭地区存在麦饭石资源，并命名为“秦岭麦饭石”。麦饭石具有多孔性的特殊结构，每平方厘米的表面积上有2600-2800个孔，具有独特、强烈的吸附和离子交换作用。作为一种新型的天然材料，麦饭石的开发仅仅刚刚开始，相信随着对其性质及成分研究的不断深入，以及对其开发的不断探索，其可应用前景是十分广阔的。

我国土壤经调查大多缺硅，已有多家硅肥厂投产。目前麦饭石在农业领域已经被用作硅肥，提高土壤硅元素含量。用麦饭石作为肥料可作底肥、追肥、浸种、喷洒等，麦饭石的溶出物大部分能直接或间接参与光合作用。结果表明，农田直接施用麦饭石可使棉花、玉米、果品增产，并且使质量得以改善。但是直接使用麦饭石矿物粉作为肥料，不足之处在于麦饭石中SiO₂水溶性差，不能被植物较快吸收。如何充分利用麦饭石矿物资源，提高硅元素的水溶性、活性，生产出植物生长需要的多元硅肥，将会带来巨大的社会效益和显著的经济利益（陈淑桂，郑晓梅，王英华，麦饭石加工与利用，化学工业出版社，2005年5月第一版，213-215）。

发明内容

本发明的目的是提供一种麦饭石复合吸水材料的制备方法，解决了现有的高吸水树脂材料生产成本高、使用受限制的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种麦饭石复合吸水材料的制备方法，包括以下操作步骤：

步骤1，

将工业级丙烯酸单体经提纯除去含有的阻聚剂；

步骤2，

将去除阻聚剂的丙烯酸单体加入水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；其中，丙烯酸单体：水的质量比为1：0.5～2；

步骤3，

在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入一元强碱的水溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为50%～80%的丙烯酸盐水溶液；

步骤4，

在保持搅拌条件下，向丙烯酸盐水溶液中加入交联剂，搅拌均匀后得到混合物A；其中丙烯酸单体：交联剂的质量比为1：0.00025～0.001；

步骤5，

在混合物A中，加入粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌得到混合物B；其中麦饭石粉的质量为丙烯酸单体质量的50%～200%；

步骤6，

向混合物B中加入引发剂，充分搅拌混合均匀后，控制反应温度为65℃～80℃，保持搅拌反应进行1～5小时，得到含水的粗产品；所述引发剂的质量是丙烯酸单体质量的0.1%～0.6%；

步骤7，

将步骤6得到的含水粗产品，干燥，机械粉碎，得到最终产品，即麦饭石复合吸水材料。

其中，一元强碱水溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

其中，交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺。

其中，引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

本发明的有益效果是，由于廉价的麦饭石矿物具有大量的表面羟基、可交换离子和多孔性结构，通过将其与丙烯酸单体进行接枝共聚反应生成了本发明提供的麦饭石复合高吸水材料，既改善了高吸水材料的性能，又降低了生产成本。同时，本发明提供的麦饭石复合高吸水材料在长时间的保水含水过程中，提高了麦饭石矿物中硅元素的水溶性。本发明提供的麦饭石有机改性吸水材料还具有硅肥作用，能够改良土壤、补充植物生长有益元素，有利于农作物、果树等生长与丰产，具有良好的市场前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的10g丙烯酸单体加入10mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入12mL质量百分比浓度为25%的氢氧化钠溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为70%的丙烯酸钠水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钠水溶液中加入0.0050g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入5.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.020g过硫酸铵，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为75℃，保持搅拌条件下反应2小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥12小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水374g/g，吸蒸馏水561 g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

实施例2

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的5g丙烯酸单体加入5mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入5mL质量百分比浓度为25%的氢氧化钠溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为70%的丙烯酸钠水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钠水溶液中加入0.0050g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入5.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.010g过硫酸铵，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为75℃，保持搅拌条件下反应3小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥8小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水252g/g，吸蒸馏水372g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

实施例3

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的10g丙烯酸单体加入5mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入18mL质量百分比浓度为20%的氢氧化钠溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为80%的丙烯酸钠水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钠水溶液中加入0.0025g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入5.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.010g过硫酸铵，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为75℃，保持搅拌条件下反应1小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥12小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水561g/g，吸蒸馏水842 g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

实施例4

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的5g丙烯酸单体加入10mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入6mL质量百分比浓度为25%的氢氧化钠溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为70%的丙烯酸钠水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钠水溶液中加入0.0030g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入5.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.030g过硫酸铵，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为65℃，保持搅拌条件下反应4小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥16小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水388g/g，吸蒸馏水582 g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

实施例5

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的100g丙烯酸单体加入100mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入36mL质量百分比浓度为50%的氢氧化钠溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为50%的丙烯酸钠水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钠水溶液中加入0.050g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入50.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.20g过硫酸铵，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为80℃，保持搅拌条件下反应5小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥18小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水346g/g，吸蒸馏水519 g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

实施例6

先将工业级丙烯酸单体经提纯除去阻聚剂，再将去除阻聚剂的10g丙烯酸单体加入10mL水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入20mL质量百分比浓度为25%的氢氧化钾溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为80%的丙烯酸钾水溶液；在保持搅拌条件下，向丙烯酸钾水溶液中加入0.0050g N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，溶解后得到混合物A；在混合物A中加入20.0 g粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌后得到混合物B；然后向混合物B中再加入0.030g过硫酸钾，搅拌溶解分散均匀后，控制反应温度为80℃，保持搅拌条件下反应5小时，得到含水的粗产品；最后将含水粗产品在70℃真空干燥箱干燥16小时，经机械粉碎，通过40目网筛后得到产品麦饭石复合吸水材料，产品外观为土黄色。产品可吸自来水238g/g，吸蒸馏水357 g/g。整个生产过程中不黏反应器壁。

Claims (4)

1.一种麦饭石复合吸水材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

步骤1，

将工业级丙烯酸单体经提纯除去含有的阻聚剂；

步骤2，

将去除阻聚剂的丙烯酸单体加入水中搅拌均匀，得到丙烯酸水溶液；其中，丙烯酸单体：水的质量比为1：0.5～2；

步骤3，

在搅拌条件下，向丙烯酸水溶液中加入一元强碱的水溶液，搅拌使中和反应进行完全，得到中和度为50%～80%的丙烯酸盐水溶液；

步骤4，

在保持搅拌条件下，向丙烯酸盐水溶液中加入交联剂，搅拌均匀后得到混合物A；其中丙烯酸单体：交联剂的质量比为1：0.00025～0.001；

步骤5，

在混合物A中，加入粉碎至200目以上的麦饭石粉，充分搅拌得到混合物B；其中麦饭石粉的质量为丙烯酸单体质量的50%～200%；

步骤6，

向混合物B中加入引发剂，充分搅拌混合均匀后，控制反应温度为65℃～80℃，保持搅拌反应进行1～5小时，得到含水的粗产品；所述引发剂的质量是丙烯酸单体质量的0.1%～0.6%；

步骤7，

将步骤6得到的含水粗产品，干燥，机械粉碎，得到最终产品，即麦饭石复合吸水材料。

2.根据权利要求1所述麦饭石复合吸水材料的制备方法，其特征在于：所述一元强碱水溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

3.根据权利要求1所述麦饭石复合吸水材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述麦饭石复合吸水材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。