CN108383945A

CN108383945A - 一种农用保水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN108383945A
Application number: CN201810083141.2A
Authority: CN
Inventors: 刘云; 魏贤; 姚荣江; 董元华; 杨劲松
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2038-01-29
Also published as: CN108383945B

Abstract

一种农用保水剂及其制备方法，称取丙烯酸于冰水浴中用氢氧化钠进行中和，将壳聚糖溶液和瓜尔胶溶液加入中和之后的丙烯酸溶液中，搅拌下通N₂驱氧半小时。将Ｎ，Ｎ′‑亚甲基双丙烯酰胺溶液加入到上述溶液中，搅拌下升温至特定温度预热5分钟之后，向溶液中滴加过硫酸铵，滴加完成后，将所得溶液移入塑料管中，恒温静置2h后得到保水剂。该保水剂吸水倍数高，在农林领域具有广泛的应用前景。

Description

一种农用保水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种农用保水剂及其制备方法。

背景技术

保水剂是一种带有羧基、羟基和酰胺基等亲水性基团的低交联度三维网状结构的水溶胀性高聚物。作为一类应用广泛的功能高分子材料，保水剂已经在农业科学方面得到了应用。保水剂目前的制备方法主要有：本体聚合法、水溶液聚合法、反向悬浮聚合法、反相乳液聚合法、微波和紫外光技术、射线辐射法等。所合成的保水剂类型主要有：聚合类保水剂、天然高分子改性类保水剂（淀粉类、纤维素类、腐殖酸类）、有机—无机复合类保水剂等。传统的保水剂虽然在去离子水中的吸收效率较高，但是当溶液中存在阳离子时其吸收效率明显降低，同时将保水剂施入土壤中时，产物难以降解容易残留在土壤中造成污染。近年来，随着人们环保观念的增强，环境友好、可降解材料的开发利用越来越受到人们的关注。壳聚糖具有良好的生物降解性与生物相容性，在土壤中易降解且产物无残留，同时其分子链上含有大量的氨基和非离子型羟基等亲水性基团，有利于提高保水剂在盐水中的吸收效率。瓜尔胶是一种天然的大分子亲水胶体，能够溶于热水或冷水，遇水后形成的胶体能够迅速增稠，被广泛用作增稠剂。同时，瓜尔胶分子链上的各种官能团可以通过氢键、范德华力以及离子键等作用与溶液中的小分子物质相互作用，从而限制体系中各组分的自由运动，增加体系的黏度，提高产物的耐盐性。中国高吸水性树脂的研究工作起步较晚，80年代开始起步，近20年来全国已有近20个单位先后进行了研究，有的已转入中试阶段，并有小批量的生产。目前国内已有批量生产能力的厂家，这些生产厂的产品都是聚丙烯酸钠或淀粉接枝聚丙烯酸钠，该类产品质量，除了化合物组成本身外，主要还和设备、技术、工艺有关。国外进口产品主要有比利时TC（Terra Cottem 土壤植被与科特姆简称），法国SNF的AQUASORB保水剂，德国Stockhau Sen生产的Stocksorb保水剂，随着国家对生态环境建设投资加大和重视，国内保水剂类产品研究、开发、生产呈现一轮高潮。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对保水剂采用的单体不环保问题，才用环保型单体壳聚糖与瓜尔胶，提供一种农用保水剂及其制备方法，制备得到的保水剂具有很强的保水效果，并具有耐盐性。

技术方案：一种农用保水剂的制备方法，步骤如下：将丙烯酸置于冰水浴中，用氢氧化钠溶液中和部分丙烯酸得到丙烯酸钠溶液，丙烯酸中和度为60%-90%，将壳聚糖溶于5wt.%-20wt.%的冰醋酸溶液中，密封并超声5 min后于室温下存放24 h，再将其加入到0.5wt.%的多聚磷酸钠溶液中，壳聚糖与多聚磷酸钠质量比为6:1-3:1，并在60 ℃下电磁搅拌30min使之完全混合后备用；将瓜尔胶加入到60℃-80℃的温水中使之完全混合至糊状，整个体系在70 ℃下保存，备用；在通N₂隔绝氧气条件下，量取中和过的丙烯酸与壳聚糖溶液混合，中和前丙烯酸与壳聚糖的质量比为40:1-60:1，并加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，60℃下电磁搅拌反应15 min后，向其中加入上述糊状瓜尔胶，壳聚糖和瓜尔胶的质量比为1:0.5-1:1.5，Ｎ,Ｎ′-亚甲基双丙烯酰胺占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.015wt.%-0.025wt.%；将整个反应体系升温至70℃后加入过硫酸铵，过硫酸铵的加入量占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.15wt.%-0.25wt.%，反应1h后取出；将反应产物封口后存放于60℃水浴锅中，待产生凝胶后取出，静置12 h；将所得产物用去离子水洗去未反应物，然后用无水乙醇进行脱水处理，最后于80 ℃烘箱中恒温烘干，制得保水剂。

优选的，所述壳聚糖溶于冰醋酸溶液中，冰醋酸的浓度为10wt.%。

优选的，所述瓜尔胶溶于水中，水温为70 ℃。

优选的，所述丙烯酸与氢氧化钠的摩尔比为10:6-10:9。

优选的，所述壳聚糖和瓜尔胶的质量比为1:1。

优选的，所述Ｎ,Ｎ′-亚甲基双丙烯酰胺占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.020wt.%；过硫酸铵的加入量占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.2 wt.%。

上述方法制得的农用保水剂。

有益效果：本发明以过硫酸铵为引发剂，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶为合成单体，通过水溶液聚合法，得到一种环境友好型保水剂，对盐水的保水性能高。

附图说明

图1为丙烯酸(AA)中和度对保水剂吸收效率的影响示意图；

图2为瓜尔胶添加量对保水剂吸收效率的影响示意图；

图3为引发剂添加量对保水剂吸收效率的影响示意图；

图4为交联剂添加量对保水剂吸收效率的影响示意图；

图5为不同pH对保水剂吸收效率的影响示意图；

图6为不同盐溶液浓度对保水剂吸收效率的影响示意图。

具体实施方式

以下实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

实施例1：

在丙烯酸添加量为100 mL，壳聚糖添加量为2 g，瓜尔胶添加量为2 g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.02%时，通过加入不同浓度的NaOH，改变丙烯酸的中和度，得到不同丙烯酸中和度下的保水剂，洗涤，烘干，备用。分别称取0.1g的保水剂，加入1000mL去离子水和500mL 1 wt.% NaCl溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图1所示。

实施例2：

在丙烯酸添加量为10mL且中和度为80%，壳聚糖添加量为0.2 g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.02%时，通过改变瓜尔胶添加量，研究不同瓜尔胶添加量下所合成保水剂，洗涤，烘干，备用。分别称取0.1g的保水剂，加入1000mL去离子水和500mL 1wt.% NaCl溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图2所示。

实施例3：

在丙烯酸添加量为10 mL且中和度为80%，壳聚糖添加量为0.2 g，瓜尔胶添加量为0.2g， N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.02%时，通过改变过硫酸铵添加量，研究不同过硫酸铵添加量下所合成保水剂，洗涤，烘干，备用。分别称取0.1g的保水剂，加入1000mL去离子水和500mL 1wt.% NaCl溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图3所示。

实施例4：

在丙烯酸添加量为10 mL且中和度为80%，壳聚糖添加量为0.2 g，瓜尔胶添加量为0.2g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%时，通过改变N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量，研究不同N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量下所合成保水剂，洗涤，烘干，备用。分别称取0.1g的保水剂，加入1000mL去离子水和500mL 1wt.% NaCl溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图3所示。

实施例5：

在丙烯酸添加量为10 mL且中和度为85%，壳聚糖添加量为0.2 g，瓜尔胶添加量为0.2g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%时，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.02%时，制得保水剂，洗涤，烘干，备用。配制不同pH的0.9%NaCl溶液，分别称取0.1g的保水剂，500mL 1wt.% NaCl溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图5所示。

实施例6：

在丙烯酸添加量为10 mL且中和度为85%，壳聚糖添加量为0.2 g，瓜尔胶添加量为0.2g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%时，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.02%时，制得保水剂，洗涤，烘干，备用。分别配制不同浓度的Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺，K⁺的盐溶液，其浓度范围为0.1%-0.9%，分别称取0.1g的保水剂，加入到500mL 盐溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数如图6所示。

实施例7

基于实施例6的结果，在丙烯酸添加量为10 mL且中和度为80%，壳聚糖添加量为0.1 g，瓜尔胶添加量为0.3 g，过硫酸铵添加量为单体总质量的0.2%时，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺添加量为单体总质量的0.025%时，制得保水剂，洗涤，烘干，备用。分别配制不同浓度的Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺，K⁺的盐溶液，其浓度范围为0.1%-0.9%，分别称取0.1g的保水剂，加入到500mL 盐溶液，室温静置48h，使其充分溶胀后用100目筛子过滤至无水滴下为止，称取吸水后的保水剂，得到保水剂的吸水倍数性能显示，可以有效提升氯化钙和氯化镁的盐溶液吸收效率，其整体吸收效率不低于190g·g^-1。

Claims

1.一种农用保水剂的制备方法，其特征在于步骤如下：将丙烯酸置于冰水浴中，用氢氧化钠溶液中和部分丙烯酸得到丙烯酸钠溶液，丙烯酸中和度为60%-90%，将壳聚糖溶于5wt.%-20wt.%的冰醋酸溶液中，密封并超声5 min后于室温下存放24 h，再将其加入到0.5wt.%的多聚磷酸钠溶液中，壳聚糖与多聚磷酸钠质量比为6:1-3:1，并在60 ℃下电磁搅拌30min使之完全混合后备用；将瓜尔胶加入到60℃-80℃的温水中使之完全混合至糊状，整个体系在70 ℃下保存，备用；在通N₂隔绝氧气条件下，量取中和过的丙烯酸与壳聚糖溶液混合，中和前丙烯酸与壳聚糖的质量比为40:1-60:1，并加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，60℃下电磁搅拌反应15 min后，向其中加入上述糊状瓜尔胶，壳聚糖和瓜尔胶的质量比为1:0.5-1:1.5，Ｎ,Ｎ′-亚甲基双丙烯酰胺占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.015wt.%-0.025wt.%；将整个反应体系升温至70℃后加入过硫酸铵，过硫酸铵的加入量占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.15wt.%-0.25wt.%，反应1h后取出；将反应产物封口后存放于60℃水浴锅中，待产生凝胶后取出，静置12 h；将所得产物用去离子水洗去未反应物，然后用无水乙醇进行脱水处理，最后于80 ℃烘箱中恒温烘干，制得保水剂。

2.根据权利要求1所述农用保水剂的制备方法，其特征在于壳聚糖溶于冰醋酸溶液中，冰醋酸的浓度为10wt.%。

3.根据权利要求1所述农用保水剂的制备方法，其特征在于瓜尔胶溶于水中，水温为70℃。

4.根据权利要求1所述农用保水剂的制备方法，其特征在于丙烯酸与氢氧化钠的摩尔比为10:6-10:9。

5.根据权利要求1所述农用保水剂的制备方法，其特征在于壳聚糖和瓜尔胶的质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述农用保水剂的制备方法，其特征在于Ｎ,Ｎ′-亚甲基双丙烯酰胺占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.020wt.%；过硫酸铵的加入量占丙烯酸、壳聚糖和瓜尔胶总质量的0.2 wt.%。

7.权利要求1~6任一所述方法制得的农用保水剂。