CN109251278A - 一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法。本发明选用平菇养殖废弃物菌糠作为原料，与丙烯酸、丙烯酰胺等单体通过溶液聚合法制备菌糠基高吸水性树脂。本发明的制备方法简单，成本低廉，制备的高吸水性树脂可生物降解，绿色环保；同时，吸水性能得到了提升，吸水量最大可达589 g/g。
Description
技术领域
本发明属于高吸水性树脂的制备技术领域，具体涉及一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法。
背景技术
高吸水性树脂是指由化学或物理交联形成的高分子网络，由于含有亲水基团和网状结构，因而具有较好的吸水性和保水性，被广泛应用于医药、农业、建筑、药物缓释等领域。一直以来，制备高吸水性树脂的主要原料是丙烯酰胺（Am）和丙烯酸（AA），其属于石油产品，生物相容性和生物降解性差，使高吸水性树脂的发展受到限制。因此，人们逐渐把研究重点转向了天然高分子材料，比如：纤维素，木质素，淀粉、多糖等原料。
菌糠是以秸秆、木屑等为原料，利用食用菌代料栽培而成的，其主要成分是食用菌的菌丝残体及经食用菌酶解后结构发生质变的纤维素、半纤维素和木质等的复合物，同时，其中还含有较丰富的氨基酸、菌类多糖及少量Fe、Ca 、Zn、Mg等微量元素。我国每年产生的菌糠废弃物约为900万吨，造成了极大的资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，一方面实现废弃物菌糠的再利用；另一方面使制备的高吸水性树脂具有良好的生物降解性和优异的吸水性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
步骤一：将菌糠粉碎并过80目筛，取菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后超声分散，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%；
步骤二：在反应器中加入0.1～3质量份的菌糠滤液和20mL去离子水，在25℃条件下机械搅拌30min~50min，然后将由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和去离子水形成的混合液A加入反应器中搅拌30min；再将由引发剂、交联剂和去离子水形成的混合液B加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用碱液调节体系pH至2～9，机械搅拌1h；
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，保温并搅拌2h，反应结束后将产物放入65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
进一步的，所述的步骤一中，超声分散时间为5～10min，功率为300 W。
进一步的，所述的步骤二中，混合液A具体包含：2～3质量份的丙烯酸、6～8质量份的丙烯酰胺、6～7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL去离子水；
混合液B具体包含：0.2～0.4质量份的引发剂、0.005～0.012质量份的交联剂和20mL去离子水。
所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
进一步的，所述的交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺或1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物。
进一步的，所述的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱液浓度为10wt%~30wt%。
进一步的，所述的步骤二中，机械搅拌的速率为300 r/min。
进一步的，所述的步骤三中，机械搅拌的速率为500 r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明选用菌糠制备高吸水性树脂，变废为宝，原料来源广泛，制备成本低，且所制备的高吸水性树脂具有良好的生物降解性；
（2）本发明制备的高吸水性树脂，在一定程度上提高了树脂的吸水率。
附图说明
图1为菌糠基高吸水性树脂的SEM照片，其中，a为菌糠在树脂基体中的分散形貌图，b为菌糠基高吸水性树脂的表观结构图。
具体实施方式
步骤一：将菌糠粉碎并过80目筛，取菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后超声分散，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%；
步骤二：在反应器中加入0.1～3质量份的菌糠滤液和20mL去离子水，在25℃条件下机械搅拌30min~50min，然后将由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和去离子水形成的混合液A加入反应器中搅拌30min；再将由引发剂、交联剂和去离子水形成的混合液B加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用碱液调节体系pH至2～9，机械搅拌1h；
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，保温并搅拌2h，反应结束后将产物放入65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
进一步的，所述的步骤一中，超声分散时间为5～10min，功率为300 W。
进一步的，所述的步骤二中，混合液A具体包含：2～3质量份的丙烯酸、6～8质量份的丙烯酰胺、6～7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL去离子水；
混合液B具体包含：0.2～0.4质量份的引发剂、0.005～0.012质量份的交联剂和20mL去离子水。
所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
进一步的，所述的交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺或1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物。
进一步的，所述的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱液浓度为10wt%~30wt%。
进一步的，所述的步骤二中，机械搅拌的速率为300 r/min。
进一步的，所述的步骤三中，机械搅拌的速率为500 r/min。
实施例1
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300W的功率下超声分散5min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入0.1质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，在25℃条件下以300r/min的速率机械搅拌30min，然后将混合液A（具体包含：2质量份的丙烯酸、6质量份的丙烯酰胺、6质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL的去离子水）加入反应器中搅拌30min；再将混合液B（具体包含：0.2质量份的过硫酸钾、0.007质量份的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和20mL的去离子水）加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为为10wt%的氢氧化钠溶液调节pH至2，以300r/min的速率机械搅拌1 h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
实施例2
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300W下超声分散6min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入0.5质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，在25℃条件下以300r/min的速度机械搅拌35min，然后将混合液A(具体包含：3质量份的丙烯酸、7质量份的丙烯酰胺、7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL的去离子水)加入反应器中搅拌30min；再将混合液B(具体包含：0.25质量份的过硫酸铵、0.008质量份的1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物和20mL去离子水)加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为为10wt%的氢氧化钠溶液调节pH至2.5，以300r/min的速率机械搅拌1h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
实施例3
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300W下超声分散7min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入0.7质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，以300r/min的速度机械搅拌40min，然后将混合液A(具体包含：2.5质量份的丙烯酸、8质量份的丙烯酰胺、6.5质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL的去离子水)加入反应器中搅拌30min；再混合液B(具体包含：0.4质量份的过硫酸钾、0.009质量份的1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物和20mL去离子水)加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为20wt%的氢氧化钠溶液调节pH至3，以300r/min的速率机械搅拌1h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
实施例4
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300W下超声分散7min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入1质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，以300r/min的速度机械搅拌45min，然后将混合液A(具体包含：3质量份的丙烯酸、8质量份的丙烯酰胺、7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL去离子水)加入反应器中搅拌30min；再将混合液B(具体包含：0.28质量份的过硫酸铵、0.010质量份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和20mL去离子水)加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为20wt%的氢氧化钾调节pH至5，以300r/min的速率机械搅拌1h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500 r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
实施例5
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300 W下超声分散8 min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入1.5质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，以300r/min的速率机械搅拌50min，然后将混合液A（具体包含：由2.9质量份的丙烯酸、6.8质量份的丙烯酰胺、7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL的去离子水形成的）加入反应器中搅拌30min；再将混合液B(具体包含：0.2质量份的过硫酸钾、0.007质量份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和20mL去离子水)加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为10wt%的氢氧化钠溶液调节pH至5.0，以300r/min的速率机械搅拌1h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500 r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
实施例6
步骤一：取菌糠粉碎，过80目筛，采用菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后在300 W下超声分散10 min，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%。
步骤二：在反应器中加入3质量份的菌糠滤液和20 mL去离子水，以300r/min的速度机械搅拌48min，然后将混合液A(具体包含：3质量份的丙烯酸、7.9质量份的丙烯酰胺、6.5质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL去离子水)加入反应器中搅拌30min；再将混合液B(具体包含：0.36质量份的过硫酸铵、0.012质量份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和20mL去离子水)加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用浓度为20wt%的氢氧化钠溶液调节pH至8，以300r/min的速率机械搅拌1h。
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，以500 r/min的速度保温搅拌2h，反应完成后取出产品，在65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
为了测试本发明所制备的菌糠基高吸水性树脂的性能，本发明人对菌糠基高吸水性树脂采用SEM进行了表征，对菌糠基高吸水性树脂和丙烯酸类高吸水性树脂进行了吸水性对比的测试，结合附图对测试结果分析如下：
图1为菌糠基高吸水性树脂的SEM照片(其中，a为菌糠在树脂基体中的分散形貌图，b为菌糠基高吸水性树脂的表观结构图)，从图1中可以看出，本发明所制备的菌糠基高吸水性树脂，菌糠均匀分散在高吸水性树脂的基体中，且材料为多孔性材料。
表1为采用本发明所制备的菌糠基高吸水性树脂和丙烯酸类高吸水性树脂的吸水率数据，由表1可知，与丙烯酸类高吸水性树脂相比，采用本发明所制备的菌糠基高吸水性树脂的吸水率和吸水速率都有一定程度的提升，吸水率提高了61.5%。
表1 菌糠基高吸水性树脂与丙烯酸类高吸水性树脂的吸水率数据
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：将菌糠粉碎并过80目筛，取菌糠质量三倍的蒸馏水洗去菌糠中的不溶性杂质，然后超声分散，过滤，取滤液待用，滤液的固含量为33%；
步骤二：在反应器中加入0.1～3质量份的菌糠滤液和20mL去离子水，在25℃条件下机械搅拌30min~50min，然后将由丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和去离子水形成的混合液A加入反应器中搅拌30min；再将由引发剂、交联剂和去离子水形成的混合液B加入反应器中搅拌10min，待原料完全溶解后，用碱液调节体系pH至2～9，机械搅拌1h；
步骤三：将体系温度缓慢升至75℃，保温搅拌2h，反应结束后将产物放入65℃烘箱中干燥至恒重，然后粉碎，过100目筛，即得到高吸水性树脂。
2.根据权利要求1所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的步骤一中，超声分散时间为5～10min，功率为300 W。
3.根据权利要求1或3所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的步骤二中，混合液A具体包含：2～3质量份的丙烯酸、6～8质量份的丙烯酰胺、6～7质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和20mL去离子水；
混合液B具体包含：0.2～0.4质量份的引发剂、0.005～0.012质量份的交联剂和20mL去离子水。
4.根据权利要求1或3所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
5.根据权利要求1或3所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺或1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺盐酸化物。
6.根据权利要求1所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，碱液浓度为10wt%~30wt%。
7.根据权利要求1所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的步骤二中，机械搅拌的速率为300 r/min。
8.根据权利要求1所述的一种菌糠基高吸水性树脂的制备方法，其特征在于：
所述的步骤三中，机械搅拌的速率为500 r/min。
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