CN102321486A

CN102321486A - 一种复合保水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102321486A
Application number: CN201110158762A
Authority: CN
Inventors: 廖宗文; 毛小云; 陈晓蓉
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开了一种复合保水剂及其制备方法。本发明所述复合保水剂包括常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂或吸水剂（SAP）和辅料的混合物；所述辅料为有机和/或无机辅料；所述有机辅料为餐饮污泥、市政污泥、啤酒滤泥、制糖滤泥、纸泥或植物残体的一种或多种；所述无机辅料优选膨润土、沸石、钾长石、硅藻土、菱镁矿或尿素的一种或多种。本发明通过加入与SAP有较好配合效果且廉价的辅料，以简捷的混合或合成加工办法制成复合保水剂，所述复合保水剂具有很好的吸水、保水效果，且价格低廉；本发明方法简单易行，具有重要的实际推广应用意义。

Description

一种复合保水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于保水剂制备的技术领域，具体涉及一种复合保水剂及其制备方法。

背景技术

保水剂（Super Absorbent Polymer，SAP）是一种具有三维网状结构的功能高分子材料，可吸收自身重量几百倍以上的水，其极强的吸水和保水能力广泛应用于农业、林业、园艺等领域，保水、节水、抗旱作用明显。

保水剂节水效果明显，从20世纪60年代开始，美国日本等发达国家已经开始研究，但价格高的问题长期未能得到解决。目前的价格一般在2万多元/吨，难以推广应用。加入矿物制成复合保水剂是降低成本重要技术途径，但需加入浓硫酸预处理矿粉，工序较多且耗酸，成本降幅不大，且目前可用的辅料种类少，成本高的问题仍未有效解决。保水剂成分中一般含有高浓度钠，会对作物尤其是幼苗根系产生伤害。这一技术缺陷长期未得到解决，也影响了保水剂的应用效果。

用有机辅料改性产品，如改性玉米秸秆制备的保水剂，需要特定酸度、温度条件及一定反应时间，工序较复杂，成本降幅不大，性价比较低。而且现有的技术途径中，所有加入的有机、无机辅料的均着眼于保水作用，对矿物养分有效性提升没有提供相关研究和改善技术措施。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有保水剂成本高、保水剂改性产品的制备工艺复杂及高浓度钠的不良影响等技术不足，提供一种复合（混）保水剂，克服了高浓度钠的不良影响，比现有的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂的成本大幅度降低20%～60%，保水效果基本不变或获得提高。

本发明的另一个目的是提供所述复合（混）保水剂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种复合保水剂，包括常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂或吸水剂（SAP）和辅料的混合物，所述辅料为有机和/或无机辅料；优选的有机辅料为餐饮污泥、市政污泥、啤酒滤泥、制糖滤泥、纸泥或植物残体的一种或多种，使用多种有机辅料时，不同辅料的用量比不做严格限定；所述纸泥优选造纸废水沉淀碎纤维污泥，所述植物残体优选棕榈、秸秆、香蕉等纤维或者谷壳、花生谷或木糠等；所述无机辅料优选膨润土、沸石、钾长石、硅藻土、菱镁矿或尿素的一种或多种，使用多种无机辅料时，不同辅料的用量比不做严格限定。

如果同时使用多种辅料，混合的时候不同辅料可以一同加入，混合的先后顺序不做严格限定。

本发明优选地混合比例是，所述辅料用量（质量）可占复合（混）保水剂总质量的5%～80%，更为优选的比例为所述辅料用量（质量）可占复合（混）保水剂总质量的10%～45%。

本发明同时提供所述复合保水剂的制备方法：

按比例将所述有机和/或无机辅料加入聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂（SAP）中混合制得；

或者按比例将所述有机和/或无机辅料加入聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂（SAP）中搅拌研磨后制得；所述辅料与SAP的搅拌研磨可在干燥、湿润或浆状的条件下进行；

或者按比例将所述有机和/或无机辅料在聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂（SAP）的生产过程中加入，参与后续反应而制得成品，本发明制备方法简单易行，在SAP合成过程中，可在交联前任何时候加入合适辅料即可获得本发明所述复合保水剂。

本发明进一步在制造工艺中应用超声波技术，加快了反应速度，提升了产品保水性能。具体地，是在SAP合成过程中，可在加入交联剂前后、加入引发剂前等多环节进行超声波处理，优选的技术方案是超声波功率为200瓦左右，频率为40K赫兹左右，100%强度下超声处理3～7min。

在湿润和浆状的条件下进行辅料与SAP搅拌研磨时也可应用所述超声波处理。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种新的复合保水剂，具有很好的吸水、保水效果，且价格低廉；本发明在保水效果的基础上，合理使用矿物辅料，保水剂中的镁、钾、硅等的有效性有所提升，获得了矿物养分有效性提升的特殊效果，使其应用效果更加显著。

本发明通过加入与SAP有较好配合效果且廉价的辅料，以简捷的混合或合成加工办法制成复合（混）保水剂，可使具有同等应用效果的保水剂的成本大幅度降低20%～60%。本发明在合成和混合工艺中应用超声波技术，显著加快了反应速度，提升了产品保水性能。

本发明可以通过辅料与SAP混合或在SAP合成过程中加入参与反应两个技术途径实现，技术方案灵活，简单易行，具有良好的推广应用前景。

本发明可采用大量廉价的工业废料作为原料，环保经济，在工艺简捷，减少酸耗能耗方面有显著效果，可大幅度降低成本，进一步提升保水剂的性价比，具有重要的工业推广应用意义。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明实施例采用的试剂、原料等均为常规的试剂、原料等，实施例采用的方法除非特别说明，皆为本技术领域常规方法。实施例中不能将本发明长期所做的大量实验和总结一一赘述，但并不因此限定本发明范围。

实施例1 钾长石复合保水剂的制备

聚合体系：可采用本技术领域常规的水溶性聚合单体、自由基聚合引发剂和交联剂通过水溶液聚合法制得的体系等等，下同。

在上述常规的聚合体系中加入钾长石（200目），加入量为丙烯酸单体质量的10%，并在温度为60℃～80℃水中溶解聚合完成，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 580倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例2 钾长石复合保水剂的制备

在上述常规的聚合体系中加入钾长石（200目），加入量为丙烯酸单体质量的20%，并在温度为60℃～80℃水中溶解聚合完成，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 560倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例3 钾长石复合保水剂的制备

在上述常规的聚合体系中加入钾长石（200目），加入量为丙烯酸单体质量的40%，并在温度为60℃～80℃水中溶解聚合完成，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 540倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例4菱镁矿复合保水剂的制备

在常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂制备的聚合体系中加入菱镁矿（200目），加入量为丙烯酸单体质量的10%，并在60℃～80℃的水中溶解后进行反应，在加入交联剂前或后进行超声波处理，超声波功率200瓦，频率40K赫兹，100%强度下处理5min，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 480倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例5菱镁矿复合保水剂的制备

在常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂制备的聚合体系中加入菱镁矿（200目），加入量为丙烯酸单体质量的30%，并在60℃～80℃的水中溶解后进行反应，在加入交联剂前或后进行超声波处理，超声波功率200瓦，频率40K赫兹，100%强度下处理5min，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 450倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例6菱镁矿复合保水剂的制备

在常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂制备的聚合体系中加入菱镁矿（200目），加入量为丙烯酸单体质量的50%，并在60℃～80℃的水中溶解后进行反应，在加入交联剂前或后进行超声波处理，超声波功率200瓦，频率40K赫兹，100%强度下处理5min，得到凝胶状弹性体，60～90℃烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 400倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.18～1万元。

实施例7 硅藻土复合保水剂的制备

在常规的聚合体系中加入硅藻土（200目），加入量为丙烯酸单体质量的20%～45%，并在温度为60℃～80℃的水中溶解聚合完成，得到凝胶状弹性体，烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 500倍左右。按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.2～1万元。

实施例8 硅藻土复合保水剂的制备

在常规的聚合体系中加入硅藻土（200目），加入量为丙烯酸单体质量的45%，并在温度为60℃～80℃的水中溶解聚合完成，得到凝胶状弹性体，烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达 500倍左右。按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.2～1万元。

实施例9 硅藻土混配钾长石复合保水剂的制备

在常规的聚合体系中加入硅藻土与钾长石（200目）的混合物，加入量分别为丙烯酸单体质量的10%，并在60℃～80℃的水中溶解后进行反应，在加入引发剂（参照本技术领域常规）前进行超声波处理，超声波功率230瓦、频率45K赫兹、100%强度下处理4min，聚合完成得到凝胶状弹性体，烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达520倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.2～1万元。

实施例10 硅藻土混配菱镁矿复合保水剂的制备

在常规的聚合体系中加入硅藻土与菱镁矿（200目）的混合物，加入量分别为丙烯酸单体质量的10%，并在60℃～80℃的水中溶解后进行反应，在加入引发剂（参照本技术领域常规）前进行超声波处理，超声波功率230瓦、频率45K赫兹、100%强度下处理4min，聚合完成得到凝胶状弹性体，烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达520倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.2～1万元。

实施例11

在粉末状商用聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂或吸水剂（SAP）中加入粉末状尿素，尿素加入量与商用保水剂的质量比为1：9，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min，搅拌混合时进行超声波处理，超声波功率230瓦、频率45K赫兹、100%强度下处理4min，搅拌混合后烘干即可。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达320倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.2～0.3.万元。

实施例12

在在粉末状商用聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂或吸水剂（SAP）中中加入粉末状膨润土和尿素，三者质量比为5：4：1或6.5：2.5：1，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率200瓦，频率40K赫兹，100%强度下处理4min），烘干即可。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达360倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.3～1.1万元。

实施例13

在粉末状市购SAP中加入粉末状膨润土和尿素，三者质量比为6.5：2.5：1，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率250瓦，频率50K赫兹，100%强度下处理4min），烘干即可。

若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达300倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.3～1万元。

实施例14

在粉末状SAP中加入粉末状啤酒滤泥（来源于啤酒厂）和尿素，三者质量比为8.8：1：0.2，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率250瓦，频率35K赫兹，100%强度下处理4min左右），烘干即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达280倍左右。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.3～1万元。

实施例15

在粉末状市购SAP中加入粉末状硅藻土和尿素，三者质量比为5：4：1，

在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率220瓦，频率45K赫兹，100%强度下处理4min），烘干即可。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达280倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.3～1.1万元。

实施例16

在粉末状市购SAP中加入粉末状膨润土、尿素和纸泥（来源于纸厂），四者质量比为5：3：1：1，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率200瓦，频率40K赫兹，100%强度下处理4min），烘干即可。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达300倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.4～1.1万元。

实施例17

在市购粉末状SAP中加入粉末状膨润土、尿素和纸泥（来源于纸厂），四者质量比为6.5：2：1：0.5，在湿润或浆状条件下进行搅拌混合，时间约为5min并进行超声波处理（功率250瓦，频率35K赫兹，100%强度下处理3min），烘干即可。若在干燥条件下进行搅拌混合，约5min即可。所得保水剂产品的吸水倍率可达310倍左右，按照市场一般价格行情计算，本实施例保水剂单元成本比同等性能的常规保水剂下降0.4～1.1万元。

本发明所述保水剂的质量测定和使用方法与现有的常规的SAP相同。但本发明所述保水剂比现有的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂（常规的SAP）的成本大幅度降低20%～60%，保水效果基本不变或获得提高。而且因为合理地使用矿物辅料，其中的镁、钾、硅等的有效性得到提升，并对保水剂中的高浓度钠产生吸附和拮抗作用，消除其不良影响，使肥效更加明显。

无机及有机辅料的价格低廉，一般不超过400元/吨，市政污泥、啤酒滤泥等特殊原料的使用具有更重要的环保意义，成本上也有不同程度的补贴，因此本发明所述复合（混）保水剂在大幅降低成本情况下肥效不减甚至更优。以下是本发明为了说明所述复合（混）保水剂的优良效果，选取部分复合（混）保水剂（制备方法参照上述实施例）的多年盆栽试验和大田应用中数据予以说明。试验方法参找本技术领域常规，实验结果见表1和表2所示：

表1复合保水剂与SAP（保水剂）玉米盆栽效果比较

Figure 2011101587620100002DEST_PATH_IMAGE001

注：表中所示数值为平均值±标准误，同列数据中具有相同字母的数据表示无显著差异（p=0.05）

表2复合保水剂处理与SAP（保水剂）油茶保水效果田间试验比较

。

Claims

1.一种复合保水剂，其特征在于包括常规的聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类保水剂或吸水剂（SAP）和辅料的混合物；所述辅料为有机和/或无机辅料；所述有机辅料为餐饮污泥、市政污泥、啤酒滤泥、制糖滤泥、纸泥或植物残体的一种或多种；所述无机辅料优选膨润土、沸石、钾长石、硅藻土、菱镁矿或尿素的一种或多种。

2.根据权利要求1所述复合保水剂，其特征在于所述辅料质量占复合保水剂总质量的5%～80%。

3.根据权利要求2所述复合保水剂，其特征在于所述辅料质量占复合保水剂总质量的10%～45%。

4.根据权利要求1所述复合保水剂，其特征在于所述纸泥为造纸废水沉淀碎纤维污泥。

5.根据权利要求1所述复合保水剂，其特征在于所述植物残体为棕榈、秸秆、香蕉、谷壳、花生谷或木糠。

6.一种权利要求1、2、3、4或5所述复合保水剂的制备方法，其特征在于是将所述有机和/或无机辅料加入聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂中混合制得；

或者是将所述有机和/或无机辅料加入聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂中搅拌研磨后制得；

或者将所述有机和/或无机辅料在聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类吸水树脂的生产过程中加入，参与后续反应而制得。

7.根据权利要求6所述复合保水剂的制备方法，其特征在于在所述混合、搅拌研磨或生产过程进行超声波处理。

8.根据权利要求7所述复合保水剂的制备方法，其特征在于所述超声波的功率为200瓦，频率为40K赫兹，100%强度下超声处理3～7min。