CN1027274C - 高锰酸钾引发纤维素接枝改性制吸水材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是纤维素接枝聚合制备吸水材料的方法。
从纤维素与丙烯腈等烯类单体的接枝反应制吸水材料，大多采用铈盐作引发剂，接枝效率虽高，但价钱昂贵。本发明提供的方法是在酸性介质中采用高锰酸钾代替铈盐作引发剂，使棉纤维或人造纤维进行接枝反应，可得纤维状吸水材料，使微晶纤维素接枝得到粉末状吸水材料。本发明提供的制备方法所得吸水材料可迅速地吸收无离子水(为自身重量的)20倍至200倍以上，吸水后凝胶强度高，不易破碎，保水能力强，适合作卫生材料和农业、林业保水剂。
Description
本发明是一种纤维素接枝聚合制备吸水材料的方法。
吸水材料具有很高的吸水能力，已被用作农业、林业的保水剂、卫生材料、香料缓释剂等。除吸水能力之外，一般还要求材料具有较高的保水能力，吸水后具有一定的凝胶强度，希望材料具有较长的使用寿命。
现有技术中采用淀粉-丙烯腈接枝方法制备吸水材料（U.S.P3，661，815;3，997，484）。这种方法生产的材料虽然有很高的吸水能力，但原料淀粉经糊化处理后有很大可溶性，改性后在水中会有部分材料缓慢溶解而流失，不利于长期应用。同时，淀粉链段较易受微生物侵蚀而分解，失去保水能力。用纤维素接枝得到的吸水材料没有这些缺点。但纤维素的反应能力不如淀粉，难以得到具有满意的吸水能力的产品。现有采用纤维素与丙烯腈制吸水材料的接枝反应，大多采用较贵重的铈盐作共聚引发剂（U.S.P3，889，678;Ger offen2，612，846）。铈盐的接枝效率较高但价格昂贵，致使得到的吸水材料成本较高，难于广泛应用。
本发明的目的是提供一种从纤维素出发，制备在吸水和保水方面具有优良的缩合性能，价格较低廉的吸水材料的方法。本发明是在酸性介质中，采用廉价的高锰酸钾代替铈盐作纤维素和丙烯腈等烯类单体接枝共聚的引发剂，获得了满意的引发效率。
本发明是这样实现的：采用棉纤维、人造纤维、浆泊或微晶纤维进行接枝反应，可得到纤维状吸水材料或粉末状吸水材料。将纤维素材料分散于一定量水中，然后在氮气保护下加入与脱水葡萄糖单元的摩尔比为0.05-2∶1的高锰酸钾溶液并充分搅拌，溶液调至酸性，所用酸为高氯酸盐酸、硝酸或硫酸，酸与高锰酸钾的当量比为0.03∶1-5∶1，于搅动下加入与脱水葡萄糖单元的摩尔比为0.5∶1-15∶1的烯类单体，在室温至100℃下进行接枝聚合反应0.5-8小时，将产物中和过滤，在一定量碱液中进行皂化，皂化温度为85-120℃，时间1-6小时。烯类单体可以是丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯。
本发明方法制备的吸水材料，具有满意的综合性能。其中纤维状材料可迅速地吸收无离子水（为自身重量的）20倍以上，适于作卫生材料和需要纤维状材料的场合。用微晶纤维素、浆泊制得之粉末状吸水材料可吸收无离子水（为自身重量的）200倍以上，不易破碎，保水能力强，与土壤混合后半年以上未见霉解迹象，适于作农业、林业保水剂，在干旱条件下用它处理小麦等大田作物种子，可提高出苗率25%以上，用作碳铵肥料挥发抑制剂可提高氮素利用率2倍以上。
实例一
在25ml圆底烧瓶中，加入100ml水3g人造纤维，通氮气20分钟赶走空气，在氮气保护下加入0.5ml 2N硫酸水溶液和15ml2N高锰酸钾溶液，在振荡下浸泡20分钟，倒掉溶液并用无离子水清洗纤维素2次，加入丙烯腈13g，温度维持40℃反应4小时后，分离出未反应单体和水，加入250ml2N碱液，在105℃下水解，继续振荡6小时后在室温下加入醋酸中和浆液，再用甲醇离析，纤维经45℃烘干，此纤维吸水能力为自身重量的20倍。
实例二
在一四口烧瓶中，装有搅拌，温度计，加入
7g微晶纤维素和100ml水，通氮气赶走空气，加入2N高锰酸钾水溶液3ml，2N硫酸溶液15ml，温度升至80℃，加入丙烯腈30g反应0.5小时，反应完成后加碱到中性，用水洗涤接枝产物，把产物与200ml 2N碱液混合，在搅拌下加热至90℃，反应6小时后加一定量醋酸中和，再加乙醇离析沉淀物并在40℃真空干燥，粉碎过60目筛，产物吸水为自身的300倍。
实例三
在一四口烧瓶中，装有搅拌，温度计，加入8g浆泊，100ml水通氮气赶走空气，加入2N高锰酸钾溶液12ml，2N盐酸水溶液12ml，温度计升至80℃，加入丙烯腈5g，反应0.5小时，反应结束后加入NaOH溶液进行中和，并用水洗涤接枝产物，再将接枝物与100ml2N碱液混合，在搅拌下加热至90℃反应6小时后，加一定量醋酸中和，再加甲醇离析沉淀物并在40℃真空干燥，粉碎过100目筛，产物吸水为自身重量的300倍。
Claims (3)
1、一种纤维素接枝烯类制备吸水材料的方法，该法包括烯类单体和纤维素在室温至100℃下接枝共聚0.5～8小时，并用与烯类单体摩尔比为0.5∶1～3∶1的碱水溶液处理接枝物，其特征是纤维素原料在酸性介质中以高锰酸钾作引发剂使纤维素与烯类接枝共聚，烯类单体的用量是它与脱水葡萄糖单元的摩尔比为0.5∶1～15∶1，引发剂高锰酸钾的用量是它与脱水葡萄糖单元的摩尔比为0.05∶1～2∶1。
2、根据权利要求1中所述的方法，其特征为烯类单体是丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯。
3、根据权利要求1中所述的方法，其特征为聚合接枝的酸性介质，所用酸为盐酸、硝酸、高氯酸、或硫酸，酸与引发剂高锰酸钾当量比为0.03∶1～5∶1。
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