CN104059672B - 一种环境友好型耐盐碱保水剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环境友好型耐盐碱保水剂，所述保水剂由以下质量份数的各组分制备而成:热塑性动物胶30～80份、水溶性高分子10～40份、交联剂2～10份、发泡剂2～5份。本发明的耐盐碱保水剂充分利用我国天然可再生的动物胶资源，有利于实现生态效益、社会效益和经济效益三者的统一，对经济与社会可持续发展有重要的应用前景和意义。
Description
技术领域
本发明属于土壤调节材料或土壤稳定材料技术领域，具体涉及一种环境友好型耐盐碱保水剂。
背景技术
中国需要用占全世界7%的耕地来养活占全世界22%的人口，然而这一重任却受到水资源严重匮乏的挑战。因为中国是世界上最大的缺水国，人均水资源占有量2300m3，仅为世界人均水平的1/4，并且有限的水资源在空间上分布极不均匀，占国土面积60%以上的北方地区拥有的水资源量不足全国总量的20%。在中国的用水结构中农业用水大约占到75%～80%，但中国农业用水依然面临资源短缺的问题，且农业用水浪费非常严重，致使农田灌溉利用率仅为43%左右，远低于发达国家的水平。目前已经根本不可能通过单纯增加新水源来缓解农业用水的紧缺状况，因此，中国提高粮食保障水平的一个必然选择，就是大力发展节水型农业。已有研究表明，灌溉用水约有50%消耗在田间，加强对田间节水技术的研究和开发显得尤为重要，有关控制土壤蒸发的覆盖和化学调控等土壤保墒技术的研究和开发越来越受到重视。
保水剂是一种新型功能高分子材料，它具有从周围环境中吸收非常大量水分的能力和良好的保水性能，而本身不溶解，具有广泛的用途。保水剂从组成上主要有接枝淀粉类(淀粉或纤维素和丙烯酸接枝共聚合体交联物)和交联聚丙烯酸盐两大类。其制备方法主要有溶液聚合法、悬浮聚合法、反相悬浮聚合法、本体聚合法等。传统的保水剂普遍存在吸收纯水能力较强而吸收盐水能力不足的问题，许多产品对纯水具有数百倍乃至上千倍的吸水倍数，但对含盐水的吸水能力却只有吸纯水能力的1/ 10甚至1/ 100，限制了保水剂在农林领域的应用。近年来，国内外有关交联聚丙烯酸耐盐性保水剂的制备方法有很多报道，这些研究虽然在一定程度上提高了所制备的保水剂的耐盐性，但是仍没有解决吸盐能力不强的问题，且有的方法后处理工艺复杂，使保水剂的生产成本增加。如何改进加工方法，开发新的廉价合成原料，研制出一种耐盐碱，吸水能力强，吸水速度快，持效性长，价格低廉的产品，是今后的一个发展方向。
发明内容
本发明提供一种以天然动物胶为原料制备的环境友好型耐盐碱保水剂以及其制备方法，为可再生资源天然动物胶的大规模开发利用服务。
本发明提供一种环境友好型耐盐碱保水剂，所述保水剂由以下质量份数的各组分制备而成:热塑性动物胶30～80份、水溶性高分子10～40份、交联剂2～10份、发泡剂2～5份。
优选地，所述热塑性动物胶的制备方法为：是将工业皮胶、50%氯化锌水溶液混合，用酸调pH为2；之后升温至95℃，保温；再加入过氧化氢，60℃下反应；反应结束加入亚硫酸氢钠反应；再分别加入引发剂过硫酸钾、过硫酸铵和丙烯酸甲酯，同时通入惰性气体进行反应，反应结束后，经过后处理得到热塑性动物胶。
优选地，所述水溶性高分子选用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、纤维素羟丙基甲基醚中的一种或两种以上任意组合。
优选地，所述交联剂为顺丁烯二酸酐，柠檬酸三丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一种或两种以上的任意组合。
优选地，所述发泡剂选用碳酸钠、碳酸氢钠、C02、双戊烯、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈中的一种或两种以上的任意组合。
本发明的第二个目的是提供上述耐盐碱保水剂的制备方法，步骤如下：
第一步，制备热塑性动物胶：是将工业皮胶、50%氯化锌水溶液混合，用酸调pH为2；之后升温至95℃，保温；再加入过氧化氢，60℃下反应；反应结束加入亚硫酸氢钠反应；再分别加入引发剂过硫酸钾、过硫酸铵和丙烯酸甲酯，同时通入惰性气体进行反应，反应结束后，经过后处理得到热塑性动物胶；
第二步，配料：将热塑性动物胶30～80份、水溶性高分子10～40份、交联剂2～10份和发泡剂2～5份在高速混合机中搅拌5～20 分钟，在温度30～60℃干燥8～12小时；
第三步，熔融共混交联：控温于100～140℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混5～10min；
第四步，溶胶喷雾干燥：溶于300～800份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到环境友好的动物胶基耐盐碱保水剂。
本发明的环境友好型耐盐碱保水剂遇水能够在10～30min快速吸水膨胀并最终形成具有粘度高(1%水溶液＞5MPa)、稳定性好(静置24h不分层)的溶液。吸水饱和后的动物胶基耐盐碱保水剂成为具有一定弹性的凝胶，凝胶中所吸持的水分，一部分在分子链极性场作用下，有规律地定向排列。在所吸持的水分中，结合半结合态的水分约占保水剂自身重的1.0～1.5倍，其余水分均为自由水。根据本发明的环境友好型耐盐碱保水剂的吸水特征曲线，在0～15Mpa范围内所吸持的水分约占98%。当凝胶中的水分释放殆尽后，只要分子链未被破坏，其吸水能力仍可恢复。这种特性使其加入土壤后能提高土壤对水分的吸收能力，如遇降水或灌溉则会减少地表径流量，增加水分的入渗速率，对防止坡地土壤侵蚀、旱地土壤的保墒也具有重要作用。本发明的环境友好型耐盐碱保水剂生产成本低，工艺简单，具有优异的吸水、保水和耐盐碱性能，在农林、园艺、石油、化工、环保、建材等领域具有广阔的应用前景。
本发明的耐盐碱保水剂充分利用我国天然可再生的动物胶资源，有利于实现生态效益、社会效益和经济效益三者的统一，对经济与社会可持续发展有重要的应用前景和意义。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。除特殊说明外，“%”均代表质量百分数。
实施例1：热塑性动物胶的制备
按重量份配比取工业皮胶（以动物的皮为原料提取的动物胶）100份，质量百分比为50%的氯化锌水溶液500份于反应釜中，用盐酸调pH为2，使其酸变性；30分钟后升温至95℃，保温30分钟，使蛋白质热变性；加入过氧化氢80份，60℃下反应60分钟对蛋白质氨基酸侧链进行修饰，反应结束加入亚硫酸氢钠80份反应30分钟，清除多余的氧，再分别加入引发剂过硫酸钾3份、过硫酸铵5份和丙烯酸甲酯100份，同时通入N2于60℃下反应3小时后停止反应，反应结束后，用丙酮充分沉淀，离心分离所得固体经水洗至中性后真空干燥得到热塑性动物胶。
实施例2
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶30份、聚乙烯醇(PVA) 40份、顺丁烯二酸酐2份、偶氮二异丁腈2份。在高速混合机中搅拌5分钟，在温度30℃干燥12小时；控温于140℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混5min；溶于800份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例3
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶80份、聚乙二醇(PEG) 10份、柠檬酸三丁酯10份、碳酸钠5份。在高速混合机中搅拌20 分钟，在温度60℃干燥12小时；控温于100℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混10min；溶于800份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例4
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶40份、聚丙烯酰胺(PAM) 40份、乙撑双硬脂酸酰胺4份、偶氮二甲酰胺3份。在高速混合机中搅拌5分钟，在温度50℃干燥8小时；控温于130℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混8min；溶于400份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例5
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶70份、聚丙烯酸(PAA)10份、羧甲基纤维素（CMC）20份、六方氮化硼7份、碳酸氢钠5份。在高速混合机中搅拌20 分钟，在温度60℃干燥12小时；控温于110℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混10min；溶于700份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例6
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶60份、聚乙烯醇(PVA)10份、羟丙基纤维素醚(HPMC)20份、顺丁烯二酸酐3份、六方氮化硼3份、C02 5份。在高速混合机中搅拌15分钟，在温度50℃干燥10小时；控温于120℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混7min；溶于600份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例7
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶50份、聚丙烯酰胺(PAM)5份、羧甲基纤维素（CMC）30份、顺丁烯二酸酐1份、乙撑双硬脂酸酰胺2份、C02 1份、偶氮二异丁腈2份。在高速混合机中搅拌12 分钟，在温度45℃干燥10小时；控温于125℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混6min；溶于500份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例8
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶45份、聚丙烯酰胺(PAM)10份、聚丙烯酸(PAA) 15份、乙撑双硬脂酸酰胺1份、六方氮化硼1份、碳酸氢钠1份、双戊烯1份。在高速混合机中搅拌10 分钟，在温度35℃干燥12小时；控温于135℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混5min；溶于450份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
实施例9
按重量份取实施例1制备的热塑性动物胶35份、羟丙基纤维素醚(HPMC)10份、聚乙二醇(PEG)10份、聚丙烯酸(PAA) 15份、顺丁烯二酸酐1份、柠檬酸三丁酯3份、六方氮化硼1份、碳酸氢钠1份、双戊烯1份、偶氮二甲酰胺1份。在高速混合机中搅拌16分钟，在温度45℃干燥11小时；控温于125℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混5min；溶于650份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到本发明的环境友好型耐盐碱保水剂。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.耐盐碱保水剂的制备方法，步骤如下：
第一步，制备热塑性动物胶：是将工业皮胶、50%氯化锌水溶液混合，用酸调pH为2；之后升温至95℃，保温；再加入过氧化氢，60℃下反应；反应结束加入亚硫酸氢钠反应；再分别加入引发剂过硫酸钾、过硫酸铵和丙烯酸甲酯，同时通入惰性气体进行反应，反应结束后，经过后处理得到热塑性动物胶；
第二步，配料：将热塑性动物胶30～80份、水溶性高分子10～40份、交联剂2～10份和发泡剂2～5份在高速混合机中搅拌5～20 分钟，在温度30～60℃干燥8～12小时；
第三步，熔融共混交联：控温于100～140℃将共混料在双螺杆挤塑机中熔融共混5～10min；
第四步，溶胶喷雾干燥：溶于300～800份水中高速搅拌成溶胶，经喷雾干燥后即得到环境友好的动物胶基耐盐碱保水剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水溶性高分子选用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、纤维素羟丙基甲基醚中的一种或两种以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂为顺丁烯二酸酐，柠檬酸三丁酯、乙撑双硬脂酸酰胺、六方氮化硼中的一种或两种以上的任意组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述发泡剂选用碳酸钠、碳酸氢钠、CO2、双戊烯、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈中的一种或两种以上的任意组合。
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