CN105837755B - 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法 - Google Patents

基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105837755B
CN105837755B CN201610192331.9A CN201610192331A CN105837755B CN 105837755 B CN105837755 B CN 105837755B CN 201610192331 A CN201610192331 A CN 201610192331A CN 105837755 B CN105837755 B CN 105837755B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vermiculite
water
parts
dissolved
mass concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610192331.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105837755A (zh
Inventor
邱海霞
邱朝霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610192331.9A priority Critical patent/CN105837755B/zh
Publication of CN105837755A publication Critical patent/CN105837755A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105837755B publication Critical patent/CN105837755B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F251/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polysaccharides or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
    • C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
    • C08K7/26—Silicon- containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2101/00—Agricultural use

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法，通过蛭石、海藻酸钠、合成单体之间用量的匹配，调整引发剂过硫酸钾的分解速率，由此实现保水剂在室温下的合成。本发明通过反应体系中各组分间的配合，在无氮气保护下仅用单组份引发剂实现了保水剂的室温合成(20‑35℃)，能耗低，省去了通氮设备以及因还原组分的加入而增加的辅助设备，从原料、能耗、设备等多个层面降低了生产成本，具有明显的成本优势，工艺简单，容易工业化生产。在天然组分蛭石和海藻酸钠含量高达40％左右时依旧保持很好的吸水性能。在农林园艺方面具有很广的应用前景。

Description

基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法
技术领域
本发明属于高吸水性树脂领域，涉及一种保水剂的制备方法，特别涉及一种基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法。
背景技术
保水剂又称高吸水性树脂，是一轻度交联的亲水性聚合物，能在较短时间内吸收超越自身重量几百倍以上的水，并且能缓慢的释放出来，加到土壤中可以提高土壤含水量，降低土壤容重，减少水土流失，在抗旱节水、保持水土和土壤改良中将发挥重要的作用。保水剂从原料来源上主要分为合成类和半合成类。合成类主要是聚丙烯酸类，聚丙烯酰胺类；半合成类产品是淀粉、纤维素等多糖和丙烯酸、丙烯酰胺的接枝共聚物。但目前这两类产品由于价格较高，其主要的消费领域在卫生用品方面，在农林园艺方面的应用还未能得到大面积的推广。简化工艺，降低成本是目前保水剂在农林园艺中推广应用的关键。海藻酸钠是地球上来源最丰富的可再生天然资源之一，价廉无毒，环境友好，可作为原料通过接枝聚合的方法制备半合成类保水剂，但需在加热和氮气保护的条件下进行反应，制备工艺复杂。
蛭石是一种含水的铁镁质铝硅酸盐，透气性能好，比表面积高，具有特殊的表面选择吸咐性、膨胀性和离子交换性，在农业上可用作种子保存剂、土壤调节剂、湿润剂、植物生长剂等，具有蓄水保墒、吸肥保肥、慢性释放的功能，可改良土壤结构，提高种子的发芽率，增加作物产量，已广泛应用于农业中。近几年来，为了降低成本,提高吸水性能,将蒙脱土、高岭土、凸凹棒土等亲水性粘土和聚丙烯酸、聚丙烯酰胺复合制备有机/无机吸水性复合物的研究报道很多。在已知的粘土类高吸水性复合材料中，基于蒙脱土、高岭土、凹凸棒土的高吸水材料研究较多，而添加蛭石的研究则较少,且均是在氮气保护下，60-90℃的温度范围内聚合。如：壳聚糖接枝丙烯酸/蛭石高吸水性复合材料(Yian Zhen et al,ChemicalEngineering Journal,2012,179,90–98)，羟乙基纤维素接枝丙烯酸/蛭石复合材料(Jinlei Wang et al.Journal of Polymer Research,2011,18,401-408),瓜尔胶接枝丙烯酸/有机蛭石复合材料(Wenbo Wang et al,Applied Clay Science,2009,46,21–26),膨胀蛭石/聚丙烯酸钾－丙烯酰胺高吸水性复合材料的制备方法(中国专利200610037802)。
降低保水剂的合成温度至室温，可以降低生产过程中的能量损耗，同时减少对环境的热污染。使用双组份的氧化还原引发剂是降低保水剂合成温度的常用方法。其缺点是：引发效率低，至少有一半的引发剂未发挥引发剂的作用；还原组分的加入增加了工艺的复杂性；通常都在氮气保护下实施。
使用单组份引发剂降低保水剂的合成温度，可以提高引发剂的引发效率，省去加入还原剂时所需要的辅助设备，简化聚合工艺。在室温下以单组份引发剂合成高吸水性树脂报道很少，中国专利99126336.7报道了使用单组份引发剂过硫酸铵在室温下合成膨润土-淀粉-聚丙烯酸吸水性树脂的方法，但聚合时间长(20小时以上)，对反应设备要求苛刻。发明人先前申请了专利(ZL 2012 10018779.0)“含有蒙脱土和多糖的高吸水性树脂的室温合成方法”，在室温下用单组份引发剂实现了高吸水性树脂的快速合成。但该保水剂的单体之一为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，价格较贵；主要复合组分为蒙脱土，在改善土壤和促进植物生长方面不如蛭石。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法，克服现有技术中保水剂制备工艺复杂、成本高、对土壤污染的问题。
本发明采用的技术方案是：通过蛭石、海藻酸钠、合成单体之间用量的匹配，调整引发剂过硫酸钾的分解速率，由此实现保水剂在室温下的合成，具体包括如下步骤：
(1)将30～70份丙烯酰胺溶于去离子水中配成质量浓度为50％的丙烯酰胺溶液；
(2)取70～30份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的氢氧化钾发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的55～75％；
(3)将5～20份海藻酸钠溶于去离子水中,配成质量浓度为3％的溶液；
(4)取10～40份过200目筛子的蛭石，加入50～100份去离子水，在室温下搅拌1小时配制成蛭石分散液；
(5)将0.2～0.6份过硫酸钾溶于去离子水中配成质量浓度为1％的溶液；
(6)将0.05～0.2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中配成质量浓度为1％的溶液；
(7)将步骤(1)～(6)所得各组分在搅拌下依次加入到聚合反应器中，于20～35℃的室温环境中聚合2～3小时；聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的保水剂。
所述步骤(4)的蛭石为原蛭石粉、膨胀蛭石、酸化蛭石或有机化蛭石。
所述步骤(2)中氢氧化钾用氢氧化钠或碳酸氢钠代替。
本发明的有益效果是：本发明使用的主要原料蛭石在我国储量丰富，价格相对其它粘土矿物更低廉，蛭石在土壤改良和促进植物生长方面具有其它粘土所不具有的优势。将本发明所制取的吸水性树脂加入到土壤中，使用环刀法测量保水剂的加入对土壤持水性、孔性的影响。和空白土壤对照相比，施加占土壤总质量0.35％的保水剂可使土壤的总孔隙度提高10-12％，土壤通气度提高1倍。良好的透气性、表面选择吸咐性、膨胀性和离子交换性使蛭石在提高保水剂吸水性能的同时，显著改善土壤的持水性、通气性和团聚体组成，促进植物种子发芽。
本发明使用的原料海藻酸钠是从褐藻中提取的天然多糖，褐藻作为一种丰富的海洋资源，产量大，再生能力强。海藻酸钠生物降解性好，对土壤无污染，是一种天然的土壤调理剂，可改良土壤团粒结构，协调土壤中固、液、气三者比例，增加土壤生物活力，提高作物的抗逆性。
本发明通过反应体系中各组分间的配合，在无氮气保护下仅用单组份引发剂实现了保水剂的室温合成(20-35℃)，能耗低，省去了通氮设备以及因还原组分的加入而增加的辅助设备，从原料、能耗、设备等多个层面降低了生产成本，具有明显的成本优势，工艺简单，容易工业化生产。
在天然组分蛭石和海藻酸钠含量高达40％左右时依旧保持很好的吸水性能。在农林园艺方面具有很广的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明制备方法作进一步描述。
实施例1
取30份过200目筛的膨胀蛭石，加入80份去离子水中，在室温下搅拌1小时配制成蛭石分散液；将10份海藻酸钠溶于去离子水中配成质量浓度为3％的溶液；将50份丙烯酰胺溶于50份去离子水中；取50份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的氢氧化钾发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的75％；将0.25份过硫酸钾溶于25份去离子水中配成溶液；将0.1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于10份去离子水中配成溶液。将以上各组分在搅拌下依次加入到聚合反应器中，于室温环境中聚合2小时。聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的吸水性树脂。
称取所述的吸水性树脂0.10克，加250ml水使其吸水饱和，用尼龙袋过滤，称量过滤后吸水树脂的质量。吸水倍率的计算公式为：
吸水倍率＝[吸水后树脂的质量-吸水前树脂的质量]/吸水前树脂的质量
经测试本发明所制取的吸水性树脂在去离子水中的吸水倍数达837倍，在自来水中的吸水倍数可达182倍,在0.9％氯化钠溶液中的吸水倍数达66倍。
实施例2
取40份过200目筛子的原蛭石粉，加入100份去离子水，在室温下搅拌1小时配置成蛭石分散液；将5份海藻酸钠溶于去离子水中配成质量浓度为3％的溶液；将70份丙烯酰胺溶于70份去离子水中；取30份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的氢氧化钠发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的60％；将0.6份过硫酸钾溶于60份去离子水中配成溶液；将0.1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于10份去离子水中配成溶液。将以上各组分在搅拌下依次加到聚合反应器中，于室温下聚合3小时。聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的吸水性树脂。经测试其吸去离子水倍率为331倍,自来水倍率为137倍，0.9％氯化钠溶液40倍。
实施例3
取20份过200目筛子的原蛭石粉，加入60份去离子水，在室温下搅拌1小时配置成蛭石分散液；将15份海藻酸钠溶于去离子水中配成质量浓度为3％的溶液；将40份丙烯酰胺溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液,取60份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的氢氧化钾发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的65％；将0.3份过硫酸钾溶于30份去离子水中配成溶液；将0.05份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于5份去离子水中配成溶液。将以上各组分在搅拌下依次加到聚合反应器中，于室温下聚合3小时。聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的吸水性树脂。经测试其吸去离子水倍率为403倍,自来水倍率为169倍，0.9％氯化钠溶液43倍。
实施例4
取30份过200目筛子的膨胀蛭石，加入80份去离子水，在室温下搅拌1小时配置成蛭石分散液；将5份海藻酸钠溶于去离子水中配成质量浓度为3％的溶液；将50份丙烯酰胺溶于50份去离子水中；取50份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的碳酸氢钠发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的70％；将0.5份过硫酸钾溶于50份去离子水中配成溶液；将0.1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于10份去离子水中配成溶液。将以上各组分在搅拌下依次加到聚合反应器中，于室温下聚合3小时。聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的吸水性树脂。经测试其吸去离子水倍率为411倍,自来水倍率为163倍，0.9％氯化钠溶液45倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将30～70份丙烯酰胺溶于去离子水中配成质量浓度为50％的丙烯酰胺溶液；
(2)取70～30份丙烯酸溶于去离子水中配成质量浓度为50％的溶液后，搅拌条件下与质量浓度为20％的氢氧化钾发生中和反应，中和度为丙烯酸摩尔数的55～75％；
(3)将5～20份海藻酸钠溶于去离子水中,配成质量浓度为3％的溶液；
(4)取10～40份过200目筛子的蛭石，加入50～100份去离子水，在室温下搅拌1小时配制成蛭石分散液；
(5)将0.2～0.6份过硫酸钾溶于去离子水中配成质量浓度为1％的溶液；
(6)将0.05～0.2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中配成质量浓度为1％的溶液；
(7)将步骤(1)～(6)所得各组分在搅拌下依次加入到聚合反应器中，于20～35℃的室温环境中聚合2～3小时；聚合完毕后，造粒，用80％的乙醇洗涤，在70℃烘箱中干燥至恒重，粉碎得本发明的保水剂。
2.根据权利要求1所述基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的蛭石为原蛭石粉、膨胀蛭石、酸化蛭石或有机化蛭石。
3.根据权利要求1所述基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氢氧化钾用氢氧化钠或碳酸氢钠代替。
CN201610192331.9A 2016-03-29 2016-03-29 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法 Expired - Fee Related CN105837755B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610192331.9A CN105837755B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610192331.9A CN105837755B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105837755A CN105837755A (zh) 2016-08-10
CN105837755B true CN105837755B (zh) 2018-05-22

Family

ID=56584065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610192331.9A Expired - Fee Related CN105837755B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105837755B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108752130B8 (zh) * 2018-06-19 2021-07-27 东珠生态环保股份有限公司 一种用于边坡绿化生态修复的植生土保水剂及制备方法
CN109054844B (zh) * 2018-07-16 2020-09-22 四川省兰月科技有限公司 多功能保水剂及制备方法
CN109928571A (zh) * 2018-11-05 2019-06-25 玉溪师范学院 一种低污染水深度处理人工湿地系统的结构及其施工方法
CN115385733B (zh) * 2022-05-31 2024-04-05 浙江恒逸石化研究院有限公司 一种复合保水剂在堆肥混合物中的应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1590504A (zh) * 2003-08-26 2005-03-09 中国科学院兰州化学物理研究所 耐盐碱保水剂及其制备方法
CN102994095A (zh) * 2012-12-11 2013-03-27 大连创达技术交易市场有限公司 一种土壤保水剂
CN104086706A (zh) * 2014-07-01 2014-10-08 北京工业大学 一种能够提高植物出芽率的复合型保水剂、制备及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1590504A (zh) * 2003-08-26 2005-03-09 中国科学院兰州化学物理研究所 耐盐碱保水剂及其制备方法
CN102994095A (zh) * 2012-12-11 2013-03-27 大连创达技术交易市场有限公司 一种土壤保水剂
CN104086706A (zh) * 2014-07-01 2014-10-08 北京工业大学 一种能够提高植物出芽率的复合型保水剂、制备及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN105837755A (zh) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105837755B (zh) 基于蛭石和海藻酸钠的农用保水剂的制备方法
CN101638460B (zh) 羧甲基马铃薯淀粉与丙烯酰胺、丙烯酸及其钠盐接枝共聚制备高吸水树脂的方法
CN101891564B (zh) 一种生物复合肥的制备方法
CN102517027B (zh) 一种苏打碱化水田土壤改良剂
CN102492070B (zh) 发泡型营养复合保水剂的制备方法
CN101550326A (zh) 一种土壤保水剂及其制备方法
CN101638461B (zh) 马铃薯淀粉磷酸酯接枝共聚合成含磷和氮高吸水树脂的方法
CN107384415A (zh) 盐碱化土壤改良剂的制备方法
CN105694900B (zh) 一种苏打盐碱土土壤改良剂
CN102702445A (zh) 利用水生植物接枝共聚制备农林保水剂的方法
CN104086706A (zh) 一种能够提高植物出芽率的复合型保水剂、制备及应用
CN106831197A (zh) 一种高吸水保水的小麦秸秆基新型缓控释肥料及其制备方法
CN103408379A (zh) 凹凸棒和木质素磺酸锌基互穿网络型保水缓释锌肥
CN109400381A (zh) 一种改善土壤的配方
CN104140334B (zh) 蛭石压缩营养土的生产方法
CN101638459B (zh) 以羧甲基马铃薯淀粉为原料制备高含钾量高吸水树脂的方法
CN102643136B (zh) 一种提高植物抗盐碱能力的营养剂
CN104119195B (zh) 浮石压缩营养土的生产方法
CN107473807A (zh) 一种抗虫保湿多肉植物培养基质的制备方法
CN108623748A (zh) 一种载硼纤维素高吸水性树脂及其制备方法
CN102603421A (zh) 一种保水型肥料
CN106631574A (zh) 一种吸水缓释型复合肥的制备方法
CN109362529B (zh) 应用于矿山高边坡的防护材料
CN102807438A (zh) 一种缓释型微量元素肥料的制备方法
CN102603420B (zh) 一种保水型肥料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180522

Termination date: 20210329