CN108623748A - 一种载硼纤维素高吸水性树脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载硼纤维素高吸水性树脂，它由下述原料反应形成：羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸双甘酯单丙烯酸酯，各原料质量比如下：丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比为(4‑9):1、丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6‑1.4):1、丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7‑500):1、丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7‑500):1、丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200‑1000):1、丙烯酸和硼酸双甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1‑100):1。本发明的树脂可与栽培基质或者土壤直接混合，缓慢释放水分，作用持久，可以提高土壤的含水率；可以缓慢释放硼元素，提高基质或土壤中的硼含量，对作物的生长发育有良好的促进作用，起到改善土壤结构、保水保肥的目的。

Description

一种载硼纤维素高吸水性树脂及其制备方法

技术领域

本发明属于高吸水性树脂技术领域，具体涉及一种载硼纤维素高吸水性树脂及其制备方法。

背景技术

我国的水资源匮乏，是世界上极度缺水的国家之一。我国又是一个农业大国，农业用水占全国用水量很大比例，加上目前我国农业生产过程中水资源的利用方式仍然以粗放式为主，不仅利用率低，而且造成了水资源的大量浪费。近年来，我国水资源供需矛盾更加突出。硼元素是作物生长发育所必需的微量元素之一，对碳水化合物的运输、生殖器官的建成和发育、细胞的分裂和伸长都有很好的促进作用，并且硼元素对作物产量的提高也有很大的促进作用。我国的土壤存在硼元素短缺的问题，土壤中硼元素的短缺会影响植物的生长发育，引起花和果实生长受阻、花粉活力和萌发率下降等一系列问题。干旱缺水和硼元素缺乏问题成为制约农业可持续发展的重要限制因素。高吸水性树脂作为节水材料的一种，常用作保水材料，一种新兴的农业节水抗旱技术，能有效改善土壤结构、提高土壤的保水能力，还具有控肥缓释性能，提高肥料的利用效率，减少施肥频率，促进作物的生长发育。

现有的农用高吸水性树脂所用的合成原料一般是淀粉，而淀粉型的高吸水性树脂虽然具有良好的吸水性，但是耐热耐盐性差，容易造成土壤的板结。纤维素型的高吸水性树脂的吸水量比淀粉型的低，但其耐盐性好，pH值易调节，抗生物降解的性能较好，具有重要的环保意义和经济价值。

因此，本发明提供一种能够改善土壤结构、耐盐性好且不易降解、能够为土壤提供微量硼元素、吸水和保水性能优良、促进作物生长发育的纤维素型农用安全高吸水性树脂。

发明内容

本发明的目的是针对土壤中硼元素短缺、土壤保水能力差以及淀粉型高吸水性树脂的耐盐性和稳定性差等问题，提出一种能够改善土壤结构、耐盐性好且不易降解、能够为土壤提供微量硼元素、吸水和保水性能优良、促进作物生长发育的农用安全高吸水性树脂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种载硼纤维素高吸水性树脂，由下述原料反应形成：羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸双甘酯单丙烯酸酯；各原料质量比如下：

丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比为(4-9)：1；

丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6-1.4)：1；

丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200-1000)：1；

丙烯酸和硼酸双甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1-100)：1。

进一步，所述的氢氧化钠的浓度为10-60％。

进一步，所述的硼酸双甘酯单丙烯酸酯是硼元素的接枝单体。

进一步，所述的聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂。

进一步，所述的过硫酸铵和亚硫酸氢钠为混合引发剂。

进一步，所述的丙烯酸的浓度为20-60％。

所述的载硼纤维素高吸水性树脂的制备方法，包括以下步骤：

1)用天平准确称取的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，加入其质量100-500倍的蒸馏水中溶解备用；

2)加入一定的羟丙基甲基纤维素于烧杯中；将溶解好的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂溶于倒入放有羟丙基甲基纤维素的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，放入微波炉中，低火加热4-6min，对其进行糊化；

(3)将事先配置好的氢氧化钠和丙烯酸在冰水浴中进行中和，等溶液冷却后加入一定质量的交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入数滴硼酸双甘酯单丙烯酸酯溶液，用玻璃棒搅拌均匀备用；

(4)将步骤(3)所得物倒入步骤(2)所得糊化物中，搅拌均匀后，放入微波炉中，中火加热6-10min，得到初产物；

(5)将步骤(4)所得初产物放入研钵中进行研磨，称取一定质量的初产物用蒸馏水洗涤数遍，并用pH计检测其pH，直到中性为止。随后，再用无水乙醇洗涤三遍，并浸泡10-12h，过滤后放入烘箱进行干燥，研磨成粉得到终产物，即载硼纤维素高吸水性树脂。

本发明的有益效果

本发明用羟丙基甲基纤维素代替淀粉作为高吸水性树脂的接枝骨架，改善了淀粉型高吸水性树脂耐热耐盐性差、容易造成土壤的板结问题，纤维素型的高吸水性树脂的吸水量比淀粉型的稍低，但其耐盐性好，其pH值易调节，抗生物降解的性能较好，具有重要的环保意义和经济价值。本发明采用丙烯酸、硼酸双甘酯单丙烯酸酯作为接枝单体，以聚乙二醇二丙烯酸酯作为交联剂、过硫酸铵-亚硫酸氢钠作为混合引发剂，通过微波聚合的方法将丙烯酸和硼酸双甘酯单丙烯酸酯接枝到纤维素骨架上。本发明以聚乙二醇二丙烯酸酯作为交联剂，具有无毒、水溶性及分散性好的优点，以硼酸双甘酯单丙烯酸酯为硼元素的引入形式，除了能够为土壤基质中提供微量硼元素以外，硼酸双甘酯单丙烯酸酯作为一种表面活性剂，具有良好的物化性能和表面活性。

本发明的高吸水性树脂与土壤或者栽培基质混合后，在种子发芽、出苗和生长过程中缓慢的释放水分，提高土壤的含水率，增加土壤或者栽培基质孔隙度，促进植物根部的呼吸和伸长；同时在该高吸水性树脂中引入硼元素，通过高吸水性树脂缓慢释放的特点，将硼元素缓慢释放到土壤或栽培基质中，提高土壤或者栽培基质中的硼含量，对作物的生长发育有良好的促进作用，为作物的生长发育提供持久的养料，改善土壤的结构，从而达到保水保肥的目的。

具体实施方式

下面对本发明进一步详细说明。

本发明采用以下技术方案：一种载硼纤维素高吸水性树脂，其主要由下述质量(单位：g)的原料反应制成：

羟丙基甲基纤维素1、丙烯酸6.5、氢氧化钠6.02、过硫酸铵0.07、亚硫酸氢钠0.07、聚乙二醇二丙烯酸酯0.021、硼酸双甘酯单丙烯酸酯0.5。

所述的丙烯酸浓度为50％。

所述的氢氧化钠的浓度为30％。

所述的过硫酸铵和亚硫酸氢钠为混合引发剂，质量比例为1:1。

所述的聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂。

所述的硼酸双甘酯单丙烯酸酯是硼元素接枝单体。

所述载硼纤维素高吸水性树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)用天平准确称取的过硫酸铵-亚硫酸氢钠混合引发剂，加入其重量500倍的蒸馏水中溶解备用，加入称量好的羟丙基甲基纤维素于烧杯中，将溶解好的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂溶于倒入放有羟丙基甲基纤维素的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，放入微波炉中，低火加热5min，对其进行糊化；

(2)将事先配置好的30％氢氧化钠和50％丙烯酸在冰水浴中进行中和，中和度为50％，等溶液冷却后加入一定量的交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入硼酸双甘酯单丙烯酸酯溶液，用玻璃棒搅拌均匀备用；

(3)将(2)倒入糊化完成的(1)中，搅拌均匀后，放入微波炉中，中火加热6min，得到初产物；

(4)将(3)中得到的初产物放入研钵中进行研磨，称取一定质量的初产物用蒸馏水洗涤数遍，并用pH计检测其pH，直到中性为止。随后，再用无水乙醇洗涤三遍，并浸泡12h，过滤后放入烘箱进行干燥，研磨成粉得到终产物，即载硼纤维素高吸水性树脂。

使用方法：将干燥后的高吸水性树脂研磨成粉末，取一定质量的载硼高吸水性树脂，放入足量的水中，待吸水饱和后与基质或者土壤混合均匀即可。

性能测试

高吸水性树脂的吸水能力一般用吸水倍率来表示，即单位质量高吸水性树脂吸水至饱和时所吸收水分的质量或者体积与未吸水前高吸水性树脂的质量之比用符号Q表示，单位为g/g或ml/g。本试验采用质量比表示吸水倍率，即吸水倍率的单位为g/g，通过过滤法对吸水倍率进行测定，即将事先称量好的高吸水性树脂用大量的蒸馏水进行浸泡，待吸水至饱和时，用200目的尼龙网静止30min，称量吸水后的高吸水性树脂的质量，将两者的质量比作为吸水倍率。具体的计算公式如下所示：

式中：Q-吸水倍率，g/g；

m₁-吸水之前的高吸水性树脂的质量，g；

m₂-吸水之后的高吸水性树脂的质量，g。

将制备的载硼纤维素高吸水性树脂按照上述方法测定其吸水倍率为493.73g/g。

以上对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所述内容。熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，由下述原料反应形成：羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸双甘酯单丙烯酸酯；各原料质量比如下：

丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比例为(4-9)：1；

丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6-1.4)：1；

丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200-1000)：1；

丙烯酸和硼酸双甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1-100)：1。

2.根据权利要求1所述的一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，所述的氢氧化钠的浓度为10-60％。

3.根据权利要求1所述的一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，所述的硼酸双甘酯单丙烯酸酯是硼元素的接枝单体。

4.根据权利要求1所述的一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，所述的聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂。

5.根据权利要求1所述的一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，所述的过硫酸铵和亚硫酸氢钠为混合引发剂。

6.根据权利要求1所述的一种载硼纤维素高吸水性树脂，其特征在于，所述的丙烯酸的浓度为20-60％。

7.权利要求1所述载硼纤维素高吸水性树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)称取过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，配制溶液备用；

2)将羟丙基甲基纤维素溶于步骤1)所得的溶液中，加热糊化；

3)将氢氧化钠和丙烯酸在冰水浴中中和，加入交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入硼酸双甘酯单丙烯酸酯溶液，备用；

4)将步骤3)所得物倒入步骤2)所得糊化物中，加热得到初产物；

5)将步骤4)所得初产物洗涤至中性，经无水乙醇浸泡之后再进行过滤、烘干，研磨得到终产物，即载硼纤维素高吸水性树脂。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述溶液含有引发剂质量100-500倍的蒸馏水。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述加热在微波炉中低火加热4-6min。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述加热在微波炉中中火加热6-10min。