CN110372833A - 一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，步骤如下：竹屑经过H2O2/H2SO4混合溶液预处理后，洗涤烘干得到改性竹屑；将改性竹屑置于去离子水中，在80℃下活化一小时后，温度降为75℃，通入氮气驱除空气，加入过硫酸钾作为引发剂；丙烯酸置于冰水浴下加入氢氧化钠部分中和，与交联剂N,N一亚甲基双丙烯酰胺、聚乙烯醇、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸混合均匀后加入改性竹屑中，反应三小时后，将产物烘干粉碎得到高吸水树脂。本发明将原本废弃的竹屑充分利用，制备出高吸水性、高耐盐性、可降解的高吸水树脂，并且减少传统高吸水树脂对石油类原料的依赖，降低了生产成本，可应用领域更加广泛，有较强的推广价值和应用价值。

Description

一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法
技术领域
本发明涉及高分子树脂技术领域，尤其涉及一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法。
技术背景
吸水树脂由于天然材料的自身交联或者合成单体与交联剂之间的交联，而具有三维网络立体结构，高吸水树脂含有大量羟基、羧基和磺酸基等亲水基团，既不溶于水也不溶于有机溶剂，可以吸收自身重量百倍或者千倍以上的水分，吸水后形成具有一定强度的凝胶，且在高压或者高温环境下具有高保水性能的新型高分子吸水材料。并且还具有良好的重复使用性、生物相容性、吸附性、易于改性等优点。这就使得高吸水树脂在医疗卫生、农林业、人工智能等领域上得到广泛的应用。
随着石油资源的逐渐枯竭，以石油资源为基础(例如丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙烯醇等)的合成高吸水树脂，将面临原料来源减少、价格上涨的问题；同时随着我国老龄化的加剧和二胎政策的放开，在卫生用品方面对高吸水树脂需求量逐年递增。因此，寻找可再生资源合成高吸水树脂以及开发吸水率高、吸水速率快、耐盐性好且环保可降解的高吸水树脂，将成为未来这方面研究的重点。
竹子作为一种可再生资源，在我国南方地区分布极广，具有生长周期短、类型众多、适应性强的特点，而且用竹子作为原料制备的产品比一般木制品品质更加优良，所以竹制品广泛用于日常生活中。2019年我国成为全球最大竹制品出口国，众所周知，竹制品在加工过程中会产生大量的竹屑，竹屑现有处理的方法大多为焚烧、丢弃或作为锅炉燃料等，这样的处理方法并没有让竹屑得到良好的利用，造成了严重的资源浪费。
发明内容
本发明目的在于提供一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，解决目前纤维素类高吸水树脂吸液倍率低的问题。
为了达到上述目的，本发明的提供一种技术方案，包括以下步骤：
A、将5～15g经过干燥的100～200目的竹屑加入100ml～500mLH2O2/H2SO4混合溶液中，然后置于70℃的恒温水浴锅中，在350r/min的机械搅拌下反应3小时，反应物用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃烘干12小时，得到改性竹屑；
B、将步骤A中制得的改性竹屑加入10～20.0mL的去离子水中，然后置于80℃的恒温水浴中，设置磁力搅拌和冷凝回流，活化1小时；
C、取5.0～8.0g的丙烯酸于0℃的条件下逐滴加入质量分数为25％的氢氧化钠，中和丙烯酸；在中和后的丙烯酸中加入2.0～3.5g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1～0.2g聚乙烯醇和0.008～0.012gN,N一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合单体溶液；
D、步骤B完成后，将温度降至75℃，通入氮气驱除空气，加入过硫酸钾，引发5～10分钟后加入步骤C中得到的混合单体溶液，反应3小时后结束反应；
E、将得到的共聚物剪碎后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时，干燥后的凝胶颗粒经过粉碎和筛分，最后得到高吸水树脂。
所述步骤A中利用H2O2/H2SO4混合溶液(H2O2浓度为2wt％～6wt％，H2SO4浓度为1wt％～4wt％)对竹屑进行预处理。
所述步骤B中改性竹屑的用量为0.5～2.5g。
所述步骤C中丙烯酸中和度为60％～80％。
所述步骤D中加入0.028～0.035g过硫酸钾。
所述步骤E中高数吸水树脂颗粒大小为60～80目。
有益效果，与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明采用无氯体系——H2O2/H2SO4混合体系对竹屑进行预处理，减少对环境的污染，有效地除去半纤维素和部分木质素，并对纤维素结晶度产生一定破坏，使得处理后木屑更有利于进行下一步接枝聚合反应。
(2)本发明制备的高吸水树脂，吸去离子水倍率最高可达2075g.g-1，吸生理盐水倍率最高为96g.g-1，性能远高于大部分纤维类高吸水树脂，且原料廉价易得，制备工艺简单，易于实现工业化。
(3)本发明制备的高吸水树脂，由于添加改性竹屑作为有机骨架，所以具有良好的降解性，在土壤中自然降解45天后，降解率最高达到32％，是一种环境友好的高分子功能材料。
附图说明
图1是改性竹屑添加量对高吸水树脂吸液量的影响曲线。
图2是实施例1高吸水树脂降解率与时间的关系曲线。
具体实施方法
以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
本发明制备的高吸水树脂的吸液性能及降解性能通过以下方法测量。所使用生理盐水溶液为0.9wt％氯化钠水溶液，水为实验室去离子水。
吸去离子水倍率：称取0.1g高吸水树脂，放入盛有400mL去离子水的烧杯中，30分钟后用100目的尼龙网袋将高吸水树脂与过量的去离子水分离，将尼龙网袋悬挂30分钟后，称量其重量并计算吸去离子水倍率。
吸生理盐水倍率：称取0.1g高吸水树脂，放入盛有200mL生理盐水的烧杯中，30分钟后用100目的尼龙网袋将高吸水树脂与过量的生理盐水分离，将尼龙网袋悬挂30分钟后，称量其重量并计算吸生理盐水倍率。
土壤掩埋降解率：将形状和重量大致相同的块状干燥树脂填埋于土壤中，置于通风处保持土壤表面湿润，45天后取出，用去离子水清洗干净后烘干，称量其重量，计算高吸水性树脂分解的质量占全质量的比例。
实施例1
一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法如下：
A、将15g干燥后的100～200目的竹屑加入500mL 6wt％H2O2/3wt％H2SO4溶液中，然后于70℃的恒温水浴锅中，在350r/min的机械搅拌下反应3小时。反应物用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃烘干12小时，得到改性竹屑；
B、将步骤A中制得的改性竹屑1.5g加入15mL的去离子水中，然后置于80℃的恒温水浴中，设置磁力搅拌和冷凝回流，活化1小时；
C、取6g的丙烯酸于0℃的条件下逐滴加入质量分数为25％的氢氧化钠使丙烯酸的中和度为60％；在中和后的丙烯酸中加入2.0g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1g聚乙烯醇和0.01gN,N一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合单体溶液；
D、步骤B完成后，将温度降至75℃，通入氮气驱除空气，加入0.03g过硫酸钾，引发5分钟后加入步骤C中得到的混合单体溶液，反应3小时后结束反应；
E、将得到的共聚物剪碎后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时，烘干的凝胶颗粒经过粉碎和筛分，最后得到60～80目的高吸水树脂。
实施例2
本实例与实施例1的区别在于，所述步骤A中利用H2O2浓度为2wt％，H2SO4浓度为2wt％，对竹屑进行预处理。
所述步骤B中改性竹屑的用量为0.5g。
所述步骤D中加入0.028g过硫酸钾。
实施例3
本实例与实施例1的区别在于，所述步骤A中利用H2O2浓度为6wt％，H2SO4浓度为4wt％对竹屑进行预处理。
所述步骤B中改性竹屑的用量为2.5g。
所述步骤C中丙烯酸中和度为70％。
所述步骤D中加入0.035g过硫酸钾。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，步骤B中改性竹屑2.0g加入20mL的去离子水中。
实施例5
本实例与实施例1的区别在于，步骤C中丙烯酸的中和度为50％。
对比例1
对比例1的制备组分中不包含改性竹屑，制备方法和其余制备组分与实施例1相同。
上述实施例与对比例所制备的样品性能如下：
吸去离子水/g.g<sup>-1</sup> 吸0.9％NaCl溶液/g.g<sup>-1</sup> 45天降解率/％
实施例1 1735 91 26.3
实施例2 1356 71 12.3
实施例3 1637 88 31.2
实施例4 1527 87 30.6
实施例5 1612 83 28.1
对比例1 877 62 5.2
由此可见添加改性竹屑可以大幅度提高吸水树脂的吸水率，并且自然降解速度加快。本发明制备的高吸水树脂具有高吸水性和高耐盐性，属于环境友好型材料，并且制备成本低，实用性强，可应用于诸多领域，具有较强的推广价值和应用价值。

Claims (6)

1.一种用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将5～15g经过干燥的100～200目的竹屑加入100ml～500mLH2O2/H2SO4混合溶液中，然后置于70℃的恒温水浴锅中，在350r/min的机械搅拌下反应3小时，反应物用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃烘干12小时，得到改性竹屑；
B、将步骤A中制得的改性竹屑加入10～20.0mL的去离子水中，然后置于80℃的恒温水浴中，设置磁力搅拌和冷凝回流，活化1小时；
C、取5.0～8.0g的丙烯酸于0℃的条件下逐滴加入质量分数为25％的氢氧化钠，中和丙烯酸；在中和后的丙烯酸中加入2.0～3.5g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1～0.2g聚乙烯醇和0.008～0.012gN,N一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合单体溶液；
D、步骤B完成后，将温度降至75℃，通入氮气驱除空气，加入过硫酸钾，引发5～10分钟后加入步骤C中得到的混合单体溶液，反应3小时后结束反应；
E、将得到的共聚物剪碎后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时，干燥后的凝胶颗粒经过粉碎和筛分，最后得到目数为60～80的高吸水树脂。
2.根据权利要求1所述用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于步骤A中利用H2O2/H2SO4混合溶液其中H2O2浓度为2wt％～6wt％，H2SO4浓度为1wt％～4wt％，对竹屑进行预处理。
3.根据权利要求1所述用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于步骤B中改性竹屑的用量为0.5～2.5g。
4.根据权利要求1所述用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于步骤C中丙烯酸中和度为60％～80％。
5.根据权利要求1所述用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于步骤D中过硫酸钾的加入量为0.028～0.035g。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用竹屑制备可降解高吸水树脂的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
A、将15g干燥后的100～200目的竹屑加入500mL6wt％H2O2/3wt％H2SO4溶液中，然后于70℃的恒温水浴锅中，在350r/min的机械搅拌下反应3小时。反应物用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃烘干12小时，得到改性竹屑；
B、将步骤A中制得的改性竹屑1.5g加入15mL的去离子水中，然后置于80℃的恒温水浴中，设置磁力搅拌和冷凝回流，活化1小时；
C、取6g的丙烯酸于0℃的条件下逐滴加入质量分数为25％的氢氧化钠使丙烯酸的中和度为60％；在中和后的丙烯酸中加入2.0g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1g聚乙烯醇和0.01gN,N一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀，得到混合单体溶液；
D、步骤B完成后，将温度降至75℃，通入氮气驱除空气，加入0.03g过硫酸钾，引发5分钟后加入步骤C中得到的混合单体溶液，反应3小时后结束反应；
E、将得到的共聚物剪碎后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时，烘干的凝胶颗粒经过粉碎和筛分，最后得到60～80目的高吸水树脂。
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