CN105694898B - 一种土壤保水用改性淀粉组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及淀粉化学改性技术领域，具体公开了一种土壤保水用改性淀粉组合物及其制备方法。该制备方法包括取交联剂、醚化剂加入反应溶剂中，得混合溶液，将淀粉加入混合溶液中进行交联醚化反应，得反应物料1；取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应，得反应物料2；将反应物料2进行干燥糊化处理，即得；其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为0.5～2：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为2～5：100。本发明改性淀粉组合物具有很好的吸水保水性、粘结性和成型性，吸水量达到自身的5～12倍，可作为土壤保水土胚体制备用粘合剂，在自然界中最终分解成二氧化碳和水，不仅对植物无害而且能够被植物吸收利用。

Description

一种土壤保水用改性淀粉组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及淀粉化学改性技术领域，具体涉及一种土壤保水用改性淀粉组合物及其制备方法。
背景技术
农业是一个国家的基础，农业种植的先进化，现代化和科学化直接影响到“三农”的发展。我国耕地总面积15亿亩，其中包括约占全国耕地面积的38％的旱地面积5.7亿亩，另外还有大面积的荒山和旱坡植树造林区，由于我国降雨量偏少，且分布不均匀，这直接影响了农业生产率的提高和植树造林树木的成活率，而且我国是一个水资源相对缺乏的国家，即使能灌溉的水田，也常因水源不足而苦于无奈，造成减产。随着国家大力推进和鼓励生态农业、观光农业、光伏农业和特色化大棚农业的力度和决心，各类蔬菜和作物所需土壤的保水性问题日益严峻，据统计，我国农业作物和瓜果蔬菜所灌溉的水量的利用效率很低，绝大部分水没有充分利用就流失或散失，因此提高土壤的保水性能成为了解决因干旱减产的蔬菜和农作物的产量的主要途径。
目前通常是通过在土壤中加入或混合一些有效的吸水保水性材料或物质(如珍珠岩，蛭石和海泡石等)，提高特定土壤的吸水性和保水性，这些保水性物质的加入和成型需要一定的粘结剂和成型剂，通常的粘结成型剂大多是聚乙烯醇、纤维素醚类物质，不仅成本高，而且降解缓慢，降解后产生大量的小分子化工物质，不利于作物的生长。因此，研究开发出一种易降解，安全环保，成本低的粘结成型剂用于提高土壤吸水和保水性能土胚体的制备，是目前亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种土壤保水用改性淀粉组合物，可作为土壤保水土胚体制备用粘结剂，成型性好，吸水量大，保水期长，易降解，安全环保，对作物生长无副作用。
同时，本发明的目的还在于提供一种土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，包括以下操作步骤：
1)取交联剂、醚化剂加入反应溶剂中，得混合溶液，将淀粉加入混合溶液中进行交联醚化反应，得反应物料1；
2)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应，得反应物料2；
3)将反应物料2进行干燥糊化处理，即得所述的改性淀粉组合物；
其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为0.5～2：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为2～5：100。
所述淀粉为马铃薯淀粉或糯玉米淀粉。马铃薯淀粉和糯米淀粉具有高粘度、高保水的特性，以其为原料制备的改性淀粉适于作为土壤保水土胚体制备用粘结剂，且保水性能优异。
步骤1)中所述反应溶剂为质量浓度为55％～60％的乙醇水溶液；所述乙醇水溶液与淀粉的质量比为150～200：100。
步骤1)中所述交联剂为三偏磷酸钠、环氧氯丙烷、三聚磷酸钠或三氯氧磷；所述交联剂与淀粉的质量比为0.05～0.5：100。
步骤1)中所述醚化剂为氯乙酸、氯乙酸钠或环氧丙烷；所述醚化剂与淀粉的质量比为5～10：100。
步骤1)中所述交联醚化反应的具体方法为：将淀粉加入混合溶液中混合均匀后加热至40～50℃，之后加入PH调节剂调节pH＝11.1～11.35，反应8～12小时，得反应物料1。
所述pH调节剂为质量浓度为5％～8％的氢氧化钠溶液；所述pH调节剂与淀粉的质量比为10～25：100。
步骤2)中所述加入水的质量与淀粉的质量比为200～300：100。
步骤2)中所述反应的反应时间为6min～160min。
步骤3)中所述干燥糊化处理的具体方法为：将反应物料2泵入滚筒干燥机上进行糊化；其中滚筒干燥机的工作参数条件为蒸汽压力0.3～0.5MPa，温度为100～140℃，转速500～700rpm，干燥糊化时间为10～15s。
步骤3)中还包括将反应物料2进行干燥糊化处理后，进行粉碎处理，将产物粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物。
一种土壤保水用改性淀粉组合物，由上述的制备方法制备而成。
本发明土壤保水用改性淀粉组合物，将淀粉首先进行交联醚化改性后，与瓜尔胶和聚丙烯酸钠复配，并进行干燥糊化处理，同时通过调整三者的复配比例，使制备的改性淀粉组合物具有很好的吸水保水性、粘结性和成型性，吸水量达到自身的5～12倍，可作为土壤保水土胚体制备用粘合剂，该改性淀粉组合物易降解，在自然界中最终分解成二氧化碳和水，不仅对植物无害而且能够被植物吸收利用，克服传统的聚乙烯醇、纤维素醚类物质粘合剂不易降解，降解后产生大量的小分子化工物质，不利于作物生长的缺陷。
另外，交联醚化改性淀粉、瓜尔胶和聚丙烯酸钠本身具有高的保水特性，但是三者遇水后吸取水分的方式不同，通过三者的低温混合，高温糊化，能够形成特有的淀粉——胶体空间网状结构，分子链之间相互缠绕和贯穿，从而形成有效的吸水空间，提高吸水性和存放时的保水性，同时利用聚丙烯酸钠的阴离子作用，具有线性的粘性，与淀粉体系中一些基团形成作用力，从而有助于对物料产生粘性。
本发明土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，操作简便，易于控制，适于工业化推广应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例土壤保水用改性淀粉组合物，由以下方法制备而得，具体操作步骤为：
1)取三偏磷酸钠、氯乙酸加入质量浓度为58％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取马铃薯淀粉加入混合溶液中，得混合物料；
2)将步骤1)制备的混合物料加热至45℃，之后加入质量浓度为7％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.2，反应10小时，得反应物料1；
3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应80分钟，得反应物料2；
4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.4MPa，温度为120℃，转速为600rpm，时间为12s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；
其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为1：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为3：100；乙醇水溶液与淀粉的质量比为180：100；三偏磷酸钠与淀粉的质量比为0.25：100；氯乙酸与淀粉的质量比为7：100；氢氧化钠溶液与淀粉的质量比为18：100；加入水的质量与淀粉的质量比为250：100。
实施例2
本实施例土壤保水用改性淀粉组合物，由以下方法制备而得，具体操作步骤为：
1)取环氧氯丙烷、氯乙酸钠加入质量浓度为55％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取糯玉米淀粉加入混合溶液中，得混合物料；
2)将步骤1)制备的混合物料加热至40℃，之后加入质量浓度为5％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.1，反应12小时，得反应物料1；
3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应6分钟，得反应物料2；
4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.5MPa，温度为100℃，转速为700rpm，时间为10s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；
其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为0.5：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为2：100；乙醇水溶液与淀粉的质量比为150：100；环氧氯丙烷与淀粉的质量比为0.05：100；氯乙酸钠与淀粉的质量比为5：100；氢氧化钠溶液与淀粉的质量比为10：100；加入水的质量与淀粉的质量比为200：100。
实施例3
本实施例土壤保水用改性淀粉组合物，由以下方法制备而得，具体操作步骤为：
1)取三聚磷酸钠、环氧丙烷加入质量浓度为60％的乙醇水溶液中，混合均匀，得混合溶液，取马铃薯淀粉加入混合溶液中，得混合物料；
2)将步骤1)制备的混合物料加热至50℃，之后加入质量浓度为8％的氢氧化钠溶液调节混合物料的pH＝11.35，反应8小时，得反应物料1；
3)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到步骤2)制备的反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应160分钟，得反应物料2；
4)将步骤3)制备的反应物料2泵入滚筒干燥机上进行干燥糊化，控制干燥机的蒸汽压力为0.3MPa，温度为140℃，转速为500rpm，时间为15s，之后将干燥糊化后的产物进行粉碎成粉末，即得所述的土壤保水用改性淀粉组合物；
其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为2：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为5：100；乙醇水溶液与淀粉的质量比为200：100；三聚磷酸钠与淀粉的质量比为0.5：100；环氧丙烷与淀粉的质量比为10：100；氢氧化钠溶液与淀粉的质量比为25：100；加入水的质量与淀粉的质量比为300：100。
试验例
试验方法：取同等质量实施例1～3制备的土壤保水用改性淀粉组合物、马铃薯淀粉，分别向其中滴加水，直至饱和，测定其吸水量；之后将吸水饱和后的改性淀粉组合物和马铃薯淀粉放置在室温下，每隔2天，测定其保水率，测定结果如下表1所示：其中表1中以吸水饱和后的质量相对于原物质质量的倍数表示吸水量；以吸水饱和放置一定时间后物质的质量相对于原物质质量的倍数表示保水率：
表1

Claims (10)

1.一种土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
1)取交联剂、醚化剂加入反应溶剂中，得混合溶液，将淀粉加入混合溶液中进行交联醚化反应，得反应物料1；
2)取聚丙烯酸钠和瓜尔胶加入到反应物料1中，混合均匀，之后再加入水，搅拌反应，得反应物料2；
3)将反应物料2进行干燥糊化处理，即得所述的改性淀粉组合物；
其中聚丙烯酸钠与淀粉的质量比为0.5～2：100；瓜尔胶与淀粉的质量比为2～5：100。
2.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述反应溶剂为质量浓度为55％～60％的乙醇水溶液；所述乙醇水溶液与淀粉的质量比为150～200：100。
3.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述交联剂为三偏磷酸钠、环氧氯丙烷、三聚磷酸钠或三氯氧磷；所述交联剂与淀粉的质量比为0.05～0.5：100。
4.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述醚化剂为氯乙酸、氯乙酸钠或环氧丙烷；所述醚化剂与淀粉的质量比为5～10：100。
5.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述交联醚化反应的具体方法为：将淀粉加入混合溶液中混合均匀后加热至40～50℃，之后加入pH 调节剂调节pH＝11.1～11.35，反应8～12小时，得反应物料1。
6.如权利要求5所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为质量浓度为5％～8％的氢氧化钠溶液；所述pH调节剂与淀粉的质量比为10～25：100。
7.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述加入水的质量与淀粉的质量比为200～300：100。
8.如权利要求1所述的土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述干燥糊化处理的具体方法为：将反应物料2泵入滚筒干燥机上进行糊化；其中滚筒干燥机的工作参数条件为蒸汽压力0.3～0.5MPa，温度为100～140℃，转速500～700rpm，干燥糊化时间为10～15s。
9.如权利要求1所述土壤保水用改性淀粉组合物的制备方法，其特征在于，所述淀粉为马铃薯淀粉或糯玉米淀粉。
10.一种土壤保水用改性淀粉组合物，其特征在于，由如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。
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