CN108835111A - 一种2,4-d水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及植物生物技术领域，具体涉及一种2,4‑D水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将苯氧乙酸、甲苯、水混合搅拌，在催化剂的作用下与氯气反应后降温结晶、过滤、干燥得到2,4‑D颗粒，再与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水混合于滚动反应容器中，除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在62℃转动50min，反应完成后将反应产物冷却至25℃，将丙烯酸加入滚动反应器，除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在22℃转动反应28h，得到2,4‑D水凝胶。本发明所制备的2,4‑D水凝胶具有吸水性好，生物可降解性强以及高机械强度的特点。
Description
技术领域
本发明涉及植物生物技术领域，具体涉及一种2,4-D水凝胶的制备方法。
背景技术
凝胶按照分散介质的不同而分为水凝胶、醇凝胶和气凝胶等。水凝胶的分散相介质是谁，它是由水溶性分子经过交联后形成的，能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。正因为水凝胶的这种特性，水凝胶能够对外界环境，如温度、PH、电场、磁场等条件变化做出响应。近年来，对水凝胶的研究逐渐深入。水凝胶的应用也越来越广泛，不仅在载药缓释、环境保护方面有很大用途，而且在喷墨打印等方面也有越来越大的作用。
2,4-D二氯苯氧乙酸是一种类似与生长素或其他植物生长调节剂，刺激生长，复壮细胞，植物的根、叶均可吸收，通过刺激核酸和蛋白质合成等影响植物代谢，简称2,4-D，纯2,4-D可以呈片状、粉状、晶体粉末和固体的等形式存在，白色略带棕褐色，略带酚的气味，熔点140.5℃，不吸湿，有腐蚀性，25℃时在水中的溶解度为620mg/L，水溶性较差，限制了其在生物领域中的作用，因此，采用水凝胶作为载体能够很好解决这一问题，然而要制备出性能优良的水凝胶是当前所面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种2,4-D水凝胶的制备方法。本发明所制备的2,4-D水凝胶具有吸水性好，生物可降解性强以及高机械强度的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种2,4-D水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将苯氧乙酸、甲苯、水按照质量比为12:5:7的比例混合搅拌，在催化剂的作用下与氯气反应，反应后经过降温结晶、过滤、干燥得到2,4-D颗粒，过滤后的滤液可以收集循环使用；
步骤2、将步骤1得到的2,4-D颗粒与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水按照质量比为18:15:1:2:5:3:12的质量比混合于滚动反应容器中，向滚动反应容器中充入惰性气体将氧气除去后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在55-62℃转动30-50min，反应完成后将反应产物冷却至22-25℃，得到微凝胶分散液；
步骤3、将丙烯酸加入滚动反应器中与步骤2得到的微凝胶分散液混合，充入惰性气体除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在15-22℃转动反应20-28h，得到2,4-D水凝胶。
进一步地，所述步骤1催化剂为硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为(2-4):1的比例混合而成的混合物。
进一步地，所述步骤1中催化反应温度为40-52℃。
进一步地，所述步骤1中苯氧乙酸的制备方法为：将苯酚加入反应釜中，加等摩尔氢氧化钠水溶液，在100-110℃分别滴加氯乙酸和氢氧化钠水溶液，保持反应液pH为10-11，滴加完毕，100-110℃反应30min，加盐酸中和至pH为1-2，析出苯氧乙酸，冷却过滤，即得苯氧乙酸产品。
进一步地，所述步骤2惰性气体为氩气，氩气是一种化学性质非常不活波的气体，即使在高温下也不和其他物质发生反应，从而不会影响反应的进行。
进一步地，所述步骤3中丙烯酸与微凝胶分散液的混合质量比例为(3-5):(8-12)。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用由硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为(2-4):1的比例混合的混合物作为制备2,4-D颗粒的催化剂，可促进反应速度并在催化反应温度为40-52℃下显著提高2,4-D的有效成分，在过滤完成后对过滤液进行收集作为下一次的制备原料，大幅度降低了生产成本，并减少了滤液对环境的损害。
2、本发明采用二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯作为交联剂将2,4-D颗粒与聚乙烯醇中原先线型或者支链型转变为网状型结构，能够有效提高凝胶的耐热性以及机械强度，并能提高凝胶的生物降解性；羧酸钠中的羟基具有很好亲水性，其加入能够有效地解决2,4-D水溶性较差的缺陷，显著提高凝胶的吸水性；过硫酸铵作为引发剂既能促进交联固化反应的进行，且其易溶于水的特性也能增强凝胶的亲水性。
3、本发明将2,4-D制备成了水凝胶，解决了2,4-D因水溶性低导致其应用领域受到限制的问题，且本发明的2,4-D水凝胶具有优良的生物降解性，缓解了2,4-D对环境造成持续的不良影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种2,4-D水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将苯氧乙酸、甲苯、水按照质量比为12:5:7的比例混合搅拌，在硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为2:1的比例混合而成的催化剂的作用下与氯气反应，催化反应温度为40℃，反应后经过降温结晶、过滤、干燥得到2,4-D颗粒，其中，苯氧乙酸的制备方法为：将苯酚加入反应釜中，加等摩尔氢氧化钠水溶液，在100℃分别滴加氯乙酸和氢氧化钠水溶液，保持反应液pH为10，滴加完毕，100℃反应30min，加盐酸中和至pH为1，析出苯氧乙酸，冷却过滤，即得苯氧乙酸产品；
步骤2、将步骤1得到的2,4-D颗粒与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水按照质量比为18:15:1:2:5:3:12的质量比混合于滚动反应容器中，向滚动反应容器中充入氩气将氧气除去后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在55℃转动30min，反应完成后将反应产物冷却至22℃，得到微凝胶分散液；
步骤3、将丙烯酸加入滚动反应器中与步骤2得到的微凝胶分散液按照质量比例为3:8混合，充入氩气除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在15℃转动反应20h，得到2,4-D水凝胶。
实施例2
一种2,4-D水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将苯氧乙酸、甲苯、水按照质量比为12:5:7的比例混合搅拌，在硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为3:1的比例混合而成的催化剂的作用下与氯气反应，催化反应温度为46℃，反应后经过降温结晶、过滤、干燥得到2,4-D颗粒，其中，苯氧乙酸的制备方法为：将苯酚加入反应釜中，加等摩尔氢氧化钠水溶液，在105℃分别滴加氯乙酸和氢氧化钠水溶液，保持反应液pH为10，滴加完毕，105℃反应30min，加盐酸中和至pH为1，析出苯氧乙酸，冷却过滤，即得苯氧乙酸产品；
步骤2、将步骤1得到的2,4-D颗粒与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水按照质量比为18:15:1:2:5:3:12的质量比混合于滚动反应容器中，向滚动反应容器中充入氩气将氧气除去后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在59℃转动40min，反应完成后将反应产物冷却至23℃，得到微凝胶分散液；
步骤3、将丙烯酸加入滚动反应器中与步骤2得到的微凝胶分散液按照质量比例为4:10混合，充入氩气除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在17℃转动反应24h，得到2,4-D水凝胶。
实施例3
一种2,4-D水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将苯氧乙酸、甲苯、水按照质量比为12:5:7的比例混合搅拌，在硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为4:1的比例混合而成的催化剂的作用下与氯气反应，催化反应温度为52℃，反应后经过降温结晶、过滤、干燥得到2,4-D颗粒，其中，苯氧乙酸的制备方法为：将苯酚加入反应釜中，加等摩尔氢氧化钠水溶液，在110℃分别滴加氯乙酸和氢氧化钠水溶液，保持反应液pH为11，滴加完毕，110℃反应30min，加盐酸中和至pH为2，析出苯氧乙酸，冷却过滤，即得苯氧乙酸产品；
步骤2、将步骤1得到的2,4-D颗粒与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水按照质量比为18:15:1:2:5:3:12的质量比混合于滚动反应容器中，向滚动反应容器中充入氩气将氧气除去后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在62℃转动50min，反应完成后将反应产物冷却至25℃，得到微凝胶分散液；
步骤3、将丙烯酸加入滚动反应器中与步骤2得到的微凝胶分散液按照质量比例为5:12混合，充入氩气除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在22℃转动反应28h，得到2,4-D水凝胶。
对比例1
对比例1与实施例2制备方法基本一致，除了对比例1中的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺而不是实施例2中的二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯。
通过对实施例1-实施例3和对比例1所得2,4-D水凝胶的断裂伸长率、断裂强度、吸水率以及生物降解率进行检测，所得结果如下表1所示：
断裂伸长率、断裂强度的检测方法为：GB/T6344-2008《软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定》；
吸水率的测定方法：GB/T1034-2008《塑料吸水性的测定》；
生物降解率的测定方法：将试样材料与堆肥接种物混合后放入堆肥化容器中，在一定的氧气，温度(58±2C)，湿度(50-55％)的条件下进行充分的堆肥化，测定材料降解45天后CO2的最终释放量，用实际的CO2释放量与其理论最大放出量的比值来表示材料的生物降解率。
表1
通过上表1可以看出二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯作为交联剂对凝胶的机械强度、吸水率以及生物降解率具有很大的影响，且实施例2各项检测结果均最优异，为最优实施例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将苯氧乙酸、甲苯、水按照质量比为12:5:7的比例混合搅拌，在催化剂的作用下与氯气反应，反应后经过降温结晶、过滤、干燥得到2,4-D颗粒；
步骤2、将步骤1得到的2,4-D颗粒与聚乙烯醇、二乙烯基苯、聚烷基丙烯酸酯、羧酸钠、过硫酸铵以及水按照质量比为18:15:1:2:5:3:12的质量比混合于滚动反应容器中，向滚动反应容器中充入惰性气体将氧气除去后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，使其在55-62℃转动30-50min，反应完成后将反应产物冷却至22-25℃，得到微凝胶分散液；
步骤3、将丙烯酸加入滚动反应器中与步骤2得到的微凝胶分散液混合，充入惰性气体除去氧气后密闭滚动反应容器，开启滚动反应容器，在15-22℃转动反应20-28h，得到2,4-D水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1催化剂为硫酸与对甲苯磺酸按照质量比为（2-4）:1的比例混合而成的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中催化反应温度为40-52℃。
4.根据权利要求1所述的一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中苯氧乙酸的制备方法为：将苯酚加入反应釜中，加等摩尔氢氧化钠水溶液，在100-110℃分别滴加氯乙酸和氢氧化钠水溶液，保持反应液pH为10-11，滴加完毕，100-110℃反应30min，加盐酸中和至pH为1-2，析出苯氧乙酸，冷却过滤，即得苯氧乙酸产品。
5.根据权利要求1所述的一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2惰性气体为氩气。
6.根据权利要求3所述的一种2,4-D水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤3中丙烯酸与微凝胶分散液的混合质量比例为（3-5）:（8-12）。
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