CN107082588A - 一种吸水膨胀剂、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明目的是针对现有技术吸水膨胀剂易使土壤变酸性，使土壤质量变差、成本高的不足，提供一种吸水膨胀剂、制备方法及其应用，它包括下列组份（按质量百分比计）：增强基4.8‑35 wt％、吸水基10‑62.5 wt％、聚丙烯酰胺10‑57 wt％、聚丙烯醇、14‑37.5 wt％，本发明组份的吸水膨胀剂吸水能力强，可达900倍以上的吸水量，遇水后可在3秒内膨胀，膨胀迅速，用量小，在相同的缺口下其用量不足砂石用量的百分之一，密度小、搬运容易、随时填堵随时封口，使填堵作业变得很容易，降低了抗洪的工作强度和难度。

Description

一种吸水膨胀剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种吸水膨胀剂、吸水膨胀剂的制备方法及其应用。

背景技术

我国的河流众多，是洪水多发地带，特别是夏季，洪水泛滥，给国家和人民带来巨大损失，每年国家都投入大量的人力和物力进行抗洪抢险。传统的堤坝堵漏、加固或者筑高等通常都使用沙袋。沙袋沉重，搬运不便，取土不便，因此抗洪抢险任务十分劳累和繁重，不利于防洪堤坝的漏洞或者裂缝的迅速堵填,增加了防洪的难度。

公开号为CN1800291、名称为“堵漏防水材料”、申请号为 CN200410099364.6的中国发明专利公布了一种堵漏防水材料，该堵漏防水材料由重量百分比为硅酸盐水泥24-60％，高铝熟料 20-63％，十二水硫酸铝钾0-10％，二水石膏1-5％，聚丙烯酸钠0-1％，膨润土2-10％，乳胶粉0-2％，石英砂10-20％组成，采用此配方制备的吸水材料，虽然能减缓水深，但是密度大，搬运不便，吸水效果差。

公开号为CN1435463、名称为“一种抗渗漏的防水材料”、申请号为“CN02115495.3”的中国专利申请公布了一种堵漏防水材料，由50-60％β-萘磺酸钠甲醛高缩聚物、10-20％硫酸钠、25-35％高膨胀水泥组成，但是因其密度同样存在密度大不好搬运的技术问题，因此给其使用带来不便，同时吸水效果不理想。

公开号为CN1600993、名称为“吸水膨胀袋及其生产方法”、申请号为CN200410065136.7的中国发明专利公布了一种吸水膨胀袋及其生产方法，它的吸水膨胀剂由凹凸棒石粘土、膨润土、无水石膏粉和高吸水树脂组成，该膨胀剂遇水后虽然重量和体积会增加膨胀，但是膨胀的体积有限，而且耐盐性很差，不利于吸收河水、盐水等非纯净水。

为解决现有技术的上述不足，申请号为201310290206.8、名称为“一种防洪抗渗材料的制备方法”的中国发明专利申请，其公开号为CN 104277400 A公开了一种吸水膨胀剂，它由聚丙烯酸、 聚丙烯酰胺、 膨润土和植物纤维等构成，对水有较好的吸收作用，1kg可以吸收水份200-400kg，吸水速率可达10-100g/g.min，浸入水中 3-5 分钟其体积即可迅速膨胀200-600倍， 重量增加为100-400倍，但仍存在着如下不足：1、因配方中含有大量的聚丙烯酸，所以易使土壤变成酸性，且有气味，影响土壤的质量，对环境造成一定的污染；2、采用膨润土作为膨胀剂，由于其密度大，易造成原料混合不均匀，使产品的质量不易控制，易使产品的密度不均匀；3、成本高；4、对于河水、海水等含有盐的水的吸水性能不佳，适合吸收纯净水，不适宜在抗洪强险中使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术吸水膨胀剂易使土壤变酸性，使土壤质量变差、成本高的不足，提供一种不仅吸水性能好、对土壤无损伤、成本低的吸水膨胀剂、制备方法及其应用。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种吸水膨胀剂，包括下列组份（按质量百分比计）：

增强基 4.8-35 wt％

吸水基 10-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 10-57 wt％

聚丙烯醇 14-37.5 wt％

所述增强基为吸水性植物短纤维和/或吸水性植物纤维粉；

所述吸水基为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、海藻酸钠中的一种或几种混合物，或改性植物淀粉；

所述改性植物淀粉为改性红薯粉、改性马铃薯粉和改性玉米粉中的一种或几种的混合物；

所述的植物为草本植物或木本植物；

当增强基为草本植物时，各组份配比为：

增强基 6-35 wt％

吸水基 10-50 wt％

聚丙烯酰胺 10- 45 wt％

聚丙烯醇 14-30 wt％；

当增强基为木本植物时，各组份配比为：

增强基 4.8-28wt％

吸水基 12.5-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 12.5-57 wt％

聚丙烯醇 17.5-37.5wt％；

所述的草本植物为禾本科农作物或草类植物，所述的木本植物为柳树或杨树；

所述植物短纤维的长度为小于5cm大于0cm 、直径为小于50微米大于0微米，所述纤维粉的粒度为小于300目大于10目；

纤维长为0.2-2cm，直径1-20微米，纤维粉粒度为20-200目；

还添加用量为总组份含量0.01～0.1 wt％的添加剂，所述添加剂为N-N双丙烯酰胺和十六烷基二甲基甜菜碱/十八烷基磺酸纳的混合物，比例为3-6:1，或为N-N双丙烯酰胺和十六烷基二甲基甜菜碱的混合物与十八烷基磺酸纳的混合物，配比为3-6:0.4-0.6:0.4-0.6。

一种吸水膨胀剂的制备方法，采用前面所述的组份，将吸水基、聚丙烯酰胺放置到反应容器中，然后按100Kg吸水膨胀剂原料加入40-60Kg水的比例加入水或按增加基用量的1-3倍的量加入水、并搅拌均匀后加入增强基、聚丙烯醇，在0. 5-3kw的加热功率下加热4-40分钟，得到果冻状吸水膨胀剂，之后取出烘干得到块状干燥的吸水膨胀剂，再经过研磨得到粉状吸水膨胀剂。

一种吸水膨胀剂，为采用前面所述的方法制备的果冻状吸水膨胀剂或块状干燥的吸水膨胀剂或粉状吸水膨胀剂。

吸水膨胀剂在堵塞漏洞、缝隙，吸水排涝、抗旱、水中救援中的应用；

吸水膨胀剂的应用，与水泥或沙土混合使用，吸水膨胀剂占混合物总质量的20-50wt%。

采用本发明组份的吸水膨胀剂，吸水能力强，可达900倍以上的吸水量，遇水后可在3秒内膨胀，膨胀迅速，可快速填堵防洪堤坝和水库等阻水建筑的缺口或者裂缝，以防止漏水、过水或者渗水，本产品无毒无害，密度小、用量小，在相同的缺口下其用量不足砂石用量的百分之一，而且搬运容易、随时填堵随时封口，使填堵作业变得很容易，降低了抗洪的工作强度和难度，是很好的堵水防漏材料且具有成本低的优点。本产品对土壤无损伤，环保性能好。本发明组份的吸水膨胀剂对河水、海水、雨水等含盐水具有好的吸收能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

本发明的吸水膨胀剂，包括下述组份（以质量百分比计），

增强基 4.8-35 wt％

吸水基 10-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 10-57 wt％

聚丙烯醇 14-37.5 wt％。

本发明的吸水膨胀剂中，吸水基、聚丙烯酰胺与聚丙烯醇三种组份结合使用，三者相互作用得到的吸水膨胀剂具有吸水性强、膨胀率高、吸水快的特点。优选的吸水基为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、海藻酸钠及改性植物淀粉中的一种或几种混合物，其中，改性植物淀粉优选红薯粉、马铃薯粉和玉米粉，采用本发明的吸水基不仅具有良好的吸水性，且具有良好的可降解性，产品呈中性，环保性能优良。采用本发明优选组份的吸水膨胀剂对含有盐的水溶液的吸收效果好，如对于河水、海水、雨水、地下水的吸水效果好，特别适合抗洪抢险使用；聚丙烯醇可使各组份混合均匀，不会发生沉淀，因此产品质量控制性能好、密度均匀。本发明中采用吸水性植物纤维或吸水性植物纤维粉作为增强基，比如选用草本植物或木本植物的纤维或纤维粉作为增强基，优选桔杆的纤维或/和纤维粉作为增强基，采用植物纤维或植物纤维粉作为增强基的优点在于：由于植物的茎中密布很多相对细小的维管束，大量的薄壁细胞充斥维管束之间，且其茎具有坚韧的机械组织，因此不仅可以更进一步提高吸水膨胀剂的吸水能力，且可提高吸水膨胀剂吸水后形成的固体的强度，尤其适用于抗洪防涝、补堵溃堤。采用本发明组份的吸水膨胀剂，采用带孔吸水植物纤维与可降解吸水基、聚丙烯酰胺、聚丙烯醇混合反应，得到的吸水膨胀材料的密度小于水，可在水中漂浮，非常便于在强险救灾现场使用，极大地降低了抗洪强险的工作量，也可以用作水上逃生用的应急材料，降低了抗洪强险的风险。本发明中所用的植物纤维及纤维粉优选草本植物纤维，因为不仅在其茎分布很多细小的维管束，且它的机械组织分布在茎的最外层，更有利于提高吸水膨胀剂膨胀后的强度和韧性。在草本植物中优选秸秆植物的纤维作为吸水基，优选秸秆来源于玉米、小麦、水稻等禾本科农作物的桔杆及草类植物如草的桔杆，更优选具有孔的禾本科农作物桔杆或草的桔杆作为增强基的原料。采用本发明组份的吸水膨胀剂，1 kg吸水膨胀剂可吸收850kg以上的水，最高可达1000kg以上，吸水速度度可达40-60s/kg，最高能吸住1000倍以上的水，吸住的水分不会被一般的物理方法挤压出来，即使加热到100℃，也难释放出水，因而具有极强的保水性。本材料加入到堤坝等的缺口或者裂缝中3秒钟内便能吸水迅速膨胀。本吸水膨胀剂使用后可以在自然环境下降解，一般在半年左右降解完毕，也可以作为燃料燃烧，燃烧过程中不会产生有毒有害物质，最终产物为二氧化碳和水。在使用过程中，不会使土壤产生酸化，不会破坏土壤，因此环保性能极其优越。

本发明的植物纤维可是草本植物纤维，也可是木本植物纤维，当为草本植物纤维时，优选如下配比：

增强基 6-35 wt％

吸水基 10-50 wt％

聚丙烯酰胺 10- 45 wt％

聚丙烯醇 14-30 wt％。

采用木本植物作为增加基时优选如下配比

增强基 4.8-28wt％

吸水基 12.5-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 12.5-57 wt％

聚丙烯醇 17.5-37.5wt％。

其中的植物优选杨树和柳树。采用木本植物作为增强基的吸水膨胀剂，其吸水性能略低于以草本植物作为增强基的吸水膨胀剂，但其强度高于草本植物作为增强基的吸水膨胀剂。

采用植物纤维时，优选纤维长小于5cm，直径小于20微米，纤维长小于2cm，直径小于20微米，采用纤维粉时，优选纤维粉的粒度为小于300目。最好为20-200目。采用纤维粉比采用纤维的吸水效果更好些。

为了进一步增加吸水膨胀剂的吸水性能和反复吸水的能力，可在组份中添加添加剂，添加剂占总组份的含量为0.01～0.1 wt％，优选的添加剂为为N-N双丙烯酰胺和十六烷基二甲基甜菜碱的混合物，二者的比例为3-6：1，也可以加入十八烷基磺酸纳，N-N双丙烯酰胺、十六烷基二甲基甜菜碱、十八烷基磺酸纳三者的比例为：3-6:0.4-0.6:0.4-0.6，优选3-6:0.5:0.5，还可以是N-N双丙烯酰胺和十八烷基磺酸纳的混合物，其比例为3-6：1，或者十六烷基二甲基甜菜碱与十八烷基磺酸纳的混合物，其比例为3-6：1。在吸水膨胀剂的配料中加入添加剂，不仅可以更进一步提高吸水能力，而且可提高吸水速度一倍左右，可缩短制备时间，使吸水膨胀剂具有反复吸水挥发的能力。

可采用如下方法制备本发明的吸水膨胀剂：

按前述组份备好原料，将吸水基、聚丙烯酰胺放置到反应容器中，然后按100Kg吸水膨胀剂原料加入40-60Kg水的比例加入水、并搅拌均匀后、加入植物纤维或植物纤维粉、聚丙烯醇，在0. 5-2.5kw的加热功率下加热4-40分钟，之后取出烘干就得到产品。最好在搅拌均匀后再放置1分钟以上，再加入植物纤维或植物纤维粉、聚丙烯醇。本发明方法中，最初级产品制得的是果冻状吸水膨胀剂，对果冻状吸水膨胀剂进行进一步加热，直到得到干燥的块状吸水膨胀剂。优选反应容器为反应釜。

将块状吸水膨胀剂磨碎成150-280目的粉粒状，最好为200目得到最终产品。

本吸水膨胀剂可用于抗洪抢险堵塞漏洞，顶屋漏水，也可用于防涝吸水，还可用于做水中救生，还可以将膨胀剂洒入河中使其迅速膨胀形成过河垫，供过河使用。

当堵塞漏洞时，还可与水泥或沙土混合使用，其比例为吸水膨胀剂占混合物总重量的20-50wt%，填在堤坝的缺口或者裂缝处。

使用时，可直接将块状物放置在水中，进行堵漏。最好是用粉状的吸水膨胀剂，它的粒度以150-280目为宜，优选为200目，可直接将吸水膨胀剂撒入水中，吸水膨胀剂遇水迅速吸水膨胀凝聚成块状，且其形状随遇到的障碍物的形状做相应变化。也可将其放置在透水的容器中进行吸水堵漏。

在实施例1-实施例 6 中吸水基采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、硅藻酸钠中的一种或两种或两种以上的混合物，增强剂采用草本纤维粉，它们可以为玉米、小麦、水稻、草的桔杆的粉中的一种或两种或两种以上的混合物。吸水基采用上述单一成份与混合成份对于吸水剂性能无明显影响。

在实施例7-实施例 11 中吸水基采用改性植物淀粉玉米粉、红薯粉、马铃薯粉中的一种或两种或两种以上的混合物，增强基采用草本纤维粉，它们为玉米、小麦、水稻、草的桔杆的粉中的一种或两种或两种以上的混合物。实施例7的制备方法同实施例1，实施例8的制备方法同实施例2，实施例9的制备方法同实施例3，实施例10的制备方法同实施例4，实施例11的制备方法同实施例5；组份用量及性能见实施例性能表1。

实施例12-21中，各实施例的制备方法可任选实施例1-12的制备方法。组份用量及性能见实施例性能表2。

吸水基和增强基采用上述单一成份与混合成份对于吸水剂性能无明显影响。

下面实施例中，以100kg原料制备吸水膨胀剂。各实施例的添加剂用量见附表1。

实施例1

吸水基40 Kg、聚丙烯酰胺16Kg、添加剂0.02Kg，放到不锈钢反应釜中，然后加入50Kg水并搅拌均匀，4min后加入200目小麦秸秆粉20Kg、聚丙烯醇24Kg，加热10min，加热功率1800W，得到果冻状产品，之后取出烘干就得到块状产品。将块状产品磨成粉，得到粉状制品。

实施例2

将吸水基35 Kg、聚丙烯酰胺15Kg、 添加剂0.01Kg，放到不锈钢反应釜中后加入40Kg水并搅拌均匀，静置一会后加入20目玉米秸秆粉25Kg、聚丙烯醇25Kg，加热8min，加热功率2kw，得到果冻状产品，之后取出烘干就得到产品。

实施例3

将吸水基10 Kg、聚丙烯酰胺45Kg、 添加剂0.02Kg，放到不锈钢反应釜中，然后加入42Kg水并搅拌均匀，1min后加入100目水稻秸秆粉25Kg、聚丙烯醇20Kg，加热5min，加热功率2200W，之后取出烘干就得到产品。

实施例4

将吸水基30 Kg、聚丙烯酰胺26Kg、 添加剂0.02Kg，放到不锈钢反应釜中，然后加入60Kg水并搅拌均匀，4min后加入150目草秸秆30Kg、聚丙烯醇14Kg， 微波加热40min，加热功率800W，之后取出烘干就得到块状产品。

实施例5

将吸水基50Kg、聚丙烯酰胺14Kg、 添加剂0.1Kg，放到不锈钢反应釜中，然后加入60Kg水并搅拌均匀，4min后加入100目小麦秸秆6Kg、聚丙烯醇30Kg，加热40min，加热功率800W，之后取出烘干就得到块状产品。

实施例6

将吸水基25Kg、聚丙烯酰胺10Kg、 添加剂0.05Kg，放到不锈钢反应釜中，然后加入45Kg水并搅拌均匀，4min后加入50目小麦秸秆35Kg、聚丙烯醇30Kg，加热4min，加热功率2.5kW，之后取出烘干就得到块状产品。

经过实验得知，采用木本纤维做为增强剂的吸水膨胀剂的平均吸水能力是采用草本纤维做为增强剂的平均吸水膨胀剂的吸水能力的97左右%、平均吸水速度的89左右%、平均反复吸水能力的96%左右、平均抗压强度的106%；采用纤维状的增强剂的吸水膨胀剂的吸水能力与采用粉状的增强剂的吸水膨胀剂的吸水能力差别不很明显，个别的达70-80%、吸水速度的80%、反复吸水能力的90%、强度的90%。

在其它组份不变的情况下，吸水基采用改性植物淀粉如玉米粉、红薯粉、马铃薯粉的吸水膨胀剂的吸水能力是采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钠、硅藻酸钠作为吸水基的吸水膨胀剂的吸水能力的70-80%，吸水速度的90%，反复吸水能力的87%，强度的79%。

加入添加剂后，可明显提高吸水膨胀剂的吸水能力，其吸水量可提高10-15%，反复吸水能力可达5-7天。

在此，就不再一一列举实施例，可以据上述内容推断各类组份下的吸水膨胀剂的性能。

实施例1-6的吸水膨胀剂为采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、硅藻酸钠中的一种或两种或两种以上的混合物，实施例7-11中，吸水膨胀剂采用改性植物淀粉玉米粉、红薯粉、马铃薯粉中的一种或两种或两种以上的混合物。

吸水膨胀剂实施例及其性能表1

此表所列实施例，增加基为植物短纤维或植物纤维粉。

吸水膨胀剂实施例及其性能表2

此表所列实施例中，增强基采用木本纤维。

备注：吸水能力的测试方法采用每天24小时不间断吸水、放水，本吸水膨胀剂1小时完成一次吸水脱水。

Claims (11)

1.一种吸水膨胀剂，包括下列组份（按质量百分比计）：

增强基 4.8-35 wt％

吸水基 10-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 10-57 wt％

聚丙烯醇 14-37.5 wt％

所述增强基为吸水性植物短纤维和/或吸水性植物纤维粉；

所述吸水基为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、海藻酸钠中的一种或几种混合物，或改性植物淀粉。

2.如权利要求1所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，所述改性植物淀粉为改性红薯粉、改性马铃薯粉和改性玉米粉中的一种或几种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，所述的植物为草本植物或木本植物；

当增强基为草本植物时，各组份配比为：

增强基 6-35 wt％

吸水基 10-50 wt％

聚丙烯酰胺 10- 45 wt％

聚丙烯醇 14-30 wt％；

当增强基为木本植物时，各组份配比为：

增强基 4.8-28wt％

吸水基 12.5-62.5 wt％

聚丙烯酰胺 12.5-57 wt％

聚丙烯醇 17.5-37.5wt％。

4.如权利要求3所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，所述的草本植物为禾本科农作物或草类植物，所述的木本植物为柳树或杨树。

5.如权利要求1或3或4各项之一所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，所述植物短纤维的长度为小于5cm大于0cm直径为小于50微米大于0微米，所述纤维粉的粒度为小于300目大于10目。

6.如权利要求5所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，纤维长为0.2-2cm，直径1-20微米，纤维粉粒度为20-200目。

7.如权利要求1所述的一种吸水膨胀剂，其特征在于，还添加用量为总组份含量0.01～0.1 wt％的添加剂，所述添加剂为N-N双丙烯酰胺和十六烷基二甲基甜菜碱/十八烷基磺酸纳的混合物，比例为3-6:1，或为N-N双丙烯酰胺和十六烷基二甲基甜菜碱的混合物与十八烷基磺酸纳的混合物，配比为3-6:0.4-0.6:0.4-0.6。

8.一种吸水膨胀剂的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-7各项之一所述的组份，将吸水基、聚丙烯酰胺放置到反应容器中，然后按100Kg吸水膨胀剂原料加入40-60Kg水的比例加入水或按增加基用量的1-3倍的量加入水、并搅拌均匀后加入增强基、聚丙烯醇，在0. 5-3kw的加热功率下加热4-40分钟，得到果冻状吸水膨胀剂，之后取出烘干得到块状干燥的吸水膨胀剂，再经过研磨得到粉状吸水膨胀剂。

9.一种吸水膨胀剂，其特征在于，采用如权利要求8所述的方法制备的果冻状吸水膨胀剂或块状干燥的吸水膨胀剂或粉状吸水膨胀剂。

10.如权利要求1-8各项之一的吸水膨胀剂在堵塞漏洞、缝隙，吸水排涝、抗旱、水中救援中的应用。

11.如权利要求所述的一种吸水膨胀剂的应用，其特征在于，与水泥或沙土混合使用，吸水膨胀剂占混合物总质量的20-50wt%。