CN111592401A - 一种可完全降解的高吸水性聚合材料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可完全降解的高吸水性聚合材料及其制备工艺，属于农业种植技术领域，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖25％～40％、添加剂5％～10％、海藻酸5％～10％、复合氨基酸原粉15％～20％、大豆卵磷脂20％～30％、活性剂0.05％～0.1％。本发明采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成的高吸水多糖作为原料，生产得到的聚合材料不仅具有较高吸湿性，每1克该聚合物含有500克水，吸收自身500倍的水，能够有效增加农作物的抗旱性，而且聚合物能够完全降解，7‑8年内能够完成100％生物降解，降解物为二氧化碳、水和氮气，不仅可以作为“水的存储器”，还可以作为肥料，引入大量微量元素和腐殖酸，有利于农作物产量的增长。

Description

一种可完全降解的高吸水性聚合材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及农业种植技术领域，具体是一种可完全降解的高吸水性聚合材料及其制备工艺。
背景技术
农业是利用动植物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的产业。农业属于第一产业，研究农业的科学是农学。农业的劳动对象是有生命的动植物，获得的产品是动植物本身。农业是提供支撑国民经济建设与发展的基础产业。
农业种植时为了使植物更好的生长，需要向种植植物的土壤中施肥。水溶肥料是指能够完全溶解于水的含氮、磷、钾、钙、镁、微量元素、氨基酸、腐植酸、海藻酸等复合型肥料。从形态分有固体水溶肥和液体水溶肥两种。从养分含量分有大量元素水溶肥料、中量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料、含氨基酸水溶肥料、含腐植酸水溶肥料、有机水溶肥料等。
现有的固体水溶肥料可降解率较低，未降解的物质容易对土壤造成污染，使土壤沼泽化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可完全降解的高吸水性聚合材料及其制备工艺，以解决现有技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可完全降解的高吸水性聚合材料，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖25％～40％、添加剂5％～10％、海藻酸5％～10％、复合氨基酸原粉15％～20％、大豆卵磷脂20％～30％、活性剂0.05％～0.1％。
在一种优选的实施方式中，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖30％～35％、添加剂6％～9％、海藻酸6％～9％、复合氨基酸原粉17％～19％、大豆卵磷脂14％～16％、活性剂0.07％～0.9％。
在一种优选的实施方式中，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖33％、添加剂8％、海藻酸9％、复合氨基酸原粉17％、大豆卵磷脂27％、活性剂0.08％。
在一种优选的实施方式中，所述高吸水多糖采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成，采用反相悬浮法将部分马铃薯淀粉悬浮于疏水性溶剂中，缓慢加入丙烯酸单体的水溶液，然后加入剩余的马铃薯淀粉和引发剂，使得马铃薯淀粉与丙烯酸水溶液发生聚合反应，反应完成后采用共沸法脱水，然后加入交联剂干燥即可。
在一种优选的实施方式中，所述添加剂包括有矿物微量元素和腐殖酸，所述矿物微量元素为重量百分比的2％～5％，所述腐殖酸为重量百分比的2％～5％，所述矿物微量元素包括有钙、镁、硼、铁、铜、锌和锰。
在一种优选的实施方式中，所述复合氨基酸原粉包括有聚天冬氨酸、聚γ-谷氨酸和聚L-赖氨酸，所述聚天冬氨酸、聚γ -谷氨酸和聚L-赖氨酸质量分数均为4％～7％。
一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：将高吸水多糖、海藻酸、复合氨基酸原粉和活性剂按照重量百分比加入到混合容器中，向混合容器中加入水进行搅拌30-45分钟，得到混合溶液A；
步骤二：将溶液A加热至50-70℃，使得高吸水多糖和海藻酸进行聚合，在聚合的最后阶段，向混合容器内部加入一定比例的添加剂；
步骤三：将大豆卵磷脂加水乳化，然后利用高压喷射泵将乳化后大豆卵磷脂喷射进混合容器，喷射泵压力设置为7-10Mpa；
步骤四：将经过大豆卵磷脂处理后的水溶肥置于真空容器中进行干燥处理，加热温度为90-130℃，干燥处理30-40min 后即可制成固体聚合物。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二中聚合的最后阶段是指反应质量为4∶1时加入添加剂。
在一种优选的实施方式中，所述步骤三中利用高压喷射泵向混合容器内部喷射的乳化后的大豆卵磷脂能够对聚合后的物质进行喷涂。
在一种优选的实施方式中，所述步骤四中制得的固体聚合物经过筛分后打包，能够作用于农业土壤中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成的高吸水多糖作为原料，生产得到的聚合材料不仅具有较高吸湿性，每1 克该聚合物含有500克水，吸收自身500倍的水，能够有效增加农作物的抗旱性，而且聚合物能够完全降解，7-8年内能够完成100％生物降解，降解物为二氧化碳、水和氮气；
2、本发明具有超吸收性能的聚合物亲水性可生物降解材料对环境无污染，不会使土壤沼泽化，不仅可以作为“水的存储器”，还可以作为肥料，引入大量微量元素和腐殖酸，有利于农作物产量的增长。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种可完全降解的高吸水性聚合材料，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖25％、添加剂5％、海藻酸5％、复合氨基酸原粉15％、大豆卵磷脂20％、活性剂0.05％。
进一步的，所述高吸水多糖采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成，采用反相悬浮法将部分马铃薯淀粉悬浮于疏水性溶剂中，缓慢加入丙烯酸单体的水溶液，然后加入剩余的马铃薯淀粉和引发剂，使得马铃薯淀粉与丙烯酸水溶液发生聚合反应，反应完成后采用共沸法脱水，然后加入交联剂干燥即可。
进一步的，所述添加剂包括有矿物微量元素和腐殖酸，所述矿物微量元素为重量百分比的3％，所述腐殖酸为重量百分比的3％，所述矿物微量元素包括有钙、镁、硼、铁、铜、锌和锰。
进一步的，所述复合氨基酸原粉包括有聚天冬氨酸、聚γ- 谷氨酸和聚L-赖氨酸，所述聚天冬氨酸、聚γ-谷氨酸和聚L- 赖氨酸质量分数均为5％。
一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：称取高吸水多糖25％、海藻酸5％、复合氨基酸原粉15％和活性剂0.05％加入到混合容器中，向混合容器中加入水进行搅拌30-45分钟，得到混合溶液A；
步骤二：将溶液A加热至50-70℃，使得高吸水多糖和海藻酸进行聚合，在聚合的最后阶段，向混合容器内部加入添加剂 6％；
步骤三：将大豆卵磷脂20％加水乳化，然后利用高压喷射泵将乳化后大豆卵磷脂喷射进混合容器，喷射泵压力设置为 7-10Mpa；
步骤四：将经过大豆卵磷脂处理后的水溶肥置于真空容器中进行干燥处理，加热温度为90-130℃，干燥处理30-40min 后即可制成固体聚合物。
进一步的，所述步骤二中聚合的最后阶段是指反应质量为 4∶1时加入添加剂。
进一步的，所述步骤三中利用高压喷射泵向混合容器内部喷射的乳化后的大豆卵磷脂能够对聚合后的物质进行喷涂。
进一步的，所述步骤四中制得的固体聚合物经过筛分后打包，能够作用于农业土壤中。
表一是实施例一中高吸水性聚合材料在土壤中的降解速率调差表：
Figure BDA0002483066840000061
表一
实施例二：
一种可完全降解的高吸水性聚合材料，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖33％、添加剂8％、海藻酸9％、复合氨基酸原粉17％、大豆卵磷脂27％、活性剂0.08％。
进一步的，所述高吸水多糖采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成，采用反相悬浮法将部分马铃薯淀粉悬浮于疏水性溶剂中，缓慢加入丙烯酸单体的水溶液，然后加入剩余的马铃薯淀粉和引发剂，使得马铃薯淀粉与丙烯酸水溶液发生聚合反应，反应完成后采用共沸法脱水，然后加入交联剂干燥即可。
进一步的，所述添加剂包括有矿物微量元素和腐殖酸，所述矿物微量元素为重量百分比的4％，所述腐殖酸为重量百分比的4％，所述矿物微量元素包括有钙、镁、硼、铁、铜、锌和锰。
进一步的，所述复合氨基酸原粉包括有聚天冬氨酸、聚γ- 谷氨酸和聚L-赖氨酸，所述聚天冬氨酸和聚γ-谷氨酸质量分数均为6％，所述聚L-赖氨酸质量分数为5％。
一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：称取高吸水多糖33％、海藻酸9％、复合氨基酸原粉17％和活性剂0.08％按照重量百分比加入到混合容器中，向混合容器中加入水进行搅拌30-45分钟，得到混合溶液A；
步骤二：将溶液A加热至50-70℃，使得高吸水多糖和海藻酸进行聚合，在聚合的最后阶段，向混合容器内部加入添加剂 8％；
步骤三：将大豆卵磷脂27％加水乳化，然后利用高压喷射泵将乳化后大豆卵磷脂喷射进混合容器，喷射泵压力设置为 7-10Mpa；
步骤四：将经过大豆卵磷脂处理后的水溶肥置于真空容器中进行干燥处理，加热温度为90-130℃，干燥处理30-40min 后即可制成固体聚合物。
进一步的，所述步骤二中聚合的最后阶段是指反应质量为 4∶1时加入添加剂。
进一步的，所述步骤三中利用高压喷射泵向混合容器内部喷射的乳化后的大豆卵磷脂能够对聚合后的物质进行喷涂。
进一步的，所述步骤四中制得的固体聚合物经过筛分后打包，能够作用于农业土壤中。
表二是实施例二中高吸水性聚合材料在土壤中的降解速率调差表：
Figure BDA0002483066840000081
表二
实施例三：
一种可完全降解的高吸水性聚合材料，包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖40％、添加剂10％、海藻酸10％、复合氨基酸原粉20％、大豆卵磷脂30％、活性剂0.1％。
进一步的，所述高吸水多糖采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成，采用反相悬浮法将部分马铃薯淀粉悬浮于疏水性溶剂中，缓慢加入丙烯酸单体的水溶液，然后加入剩余的马铃薯淀粉和引发剂，使得马铃薯淀粉与丙烯酸水溶液发生聚合反应，反应完成后采用共沸法脱水，然后加入交联剂干燥即可。
进一步的，所述添加剂包括有矿物微量元素和腐殖酸，所述矿物微量元素为重量百分比的5％，所述腐殖酸为重量百分比的5％，所述矿物微量元素包括有钙、镁、硼、铁、铜、锌和锰。
进一步的，所述复合氨基酸原粉包括有聚天冬氨酸、聚γ- 谷氨酸和聚L-赖氨酸，所述聚天冬氨酸和聚γ-谷氨酸质量分数均为7％，所述聚L-赖氨酸的质量分数为6％。
一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：将高吸水多糖40％、海藻酸10％、复合氨基酸原粉 20％和活性剂0.1％按照重量百分比加入到混合容器中，向混合容器中加入水进行搅拌30-45分钟，得到混合溶液A；
步骤二：将溶液A加热至50-70℃，使得高吸水多糖和海藻酸进行聚合，在聚合的最后阶段，向混合容器内部加入添加剂 10％；
步骤三：将大豆卵磷脂30％加水乳化，然后利用高压喷射泵将乳化后大豆卵磷脂喷射进混合容器，喷射泵压力设置为 7-10Mpa；
步骤四：将经过大豆卵磷脂处理后的水溶肥置于真空容器中进行干燥处理，加热温度为90-130℃，干燥处理30-40min 后即可制成固体聚合物。
进一步的，所述步骤二中聚合的最后阶段是指反应质量为 4∶1时加入添加剂。
进一步的，所述步骤三中利用高压喷射泵向混合容器内部喷射的乳化后的大豆卵磷脂能够对聚合后的物质进行喷涂。
进一步的，所述步骤四中制得的固体聚合物经过筛分后打包，能够作用于农业土壤中。
表三是实施例三中高吸水性聚合材料在土壤中的降解速率调差表：
Figure BDA0002483066840000101
表三
有益效果：
1、本发明采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成的高吸水多糖作为原料，生产得到的聚合材料不仅具有较高吸湿性，每1克该聚合物含有500克水，吸收自身500倍的水，能够有效增加农作物的抗旱性，而且聚合物能够完全降解，7-8年内能够完成 100％生物降解，降解物为二氧化碳、水和氮气；
2、本发明具有超吸收性能的聚合物亲水性可生物降解材料对环境无污染，不会使土壤沼泽化，不仅可以作为“水的存储器”，还可以作为肥料，引入大量微量元素和腐殖酸，有利于农作物产量的增长。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的 细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的 具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是 示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上 述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所 有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖25％～40％、添加剂5％～10％、海藻酸5％～10％、复合氨基酸原粉15％～20％、大豆卵磷脂20％～30％、活性剂0.05％～0.1％。
2.根据权利要求1所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖30％～35％、添加剂6％～9％、海藻酸6％～9％、复合氨基酸原粉17％～19％、大豆卵磷脂14％～16％、活性剂0.07％～0.9％。
3.根据权利要求2所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：包括以下重量百分比的物质：高吸水多糖33％、添加剂8％、海藻酸9％、复合氨基酸原粉17％、大豆卵磷脂27％、活性剂0.08％。
4.根据权利要求3所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：所述高吸水多糖采用马铃薯淀粉和丙烯酸接枝而成，采用反相悬浮法将部分马铃薯淀粉悬浮于疏水性溶剂中，缓慢加入丙烯酸单体的水溶液，然后加入剩余的马铃薯淀粉和引发剂，使得马铃薯淀粉与丙烯酸水溶液发生聚合反应，反应完成后采用共沸法脱水，然后加入交联剂干燥即可。
5.根据权利要求3所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：所述添加剂包括有矿物微量元素和腐殖酸，所述矿物微量元素为重量百分比的2％～5％，所述腐殖酸为重量百分比的2％～5％，所述矿物微量元素包括有钙、镁、硼、铁、铜、锌和锰。
6.根据权利要求3所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料，其特征在于：所述复合氨基酸原粉包括有聚天冬氨酸、聚γ谷氨酸和聚L-赖氨酸，所述聚天冬氨酸、聚γ-谷氨酸和聚L-赖氨酸质量分数均为4％～7％。
7.一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：将高吸水多糖、海藻酸、复合氨基酸原粉和活性剂按照重量百分比加入到混合容器中，向混合容器中加入水进行搅拌30-45分钟，得到混合溶液A；
步骤二：将溶液A加热至50-70℃，使得高吸水多糖和海藻酸进行聚合，在聚合的最后阶段，向混合容器内部加入一定比例的添加剂；
步骤三：将大豆卵磷脂加水乳化，然后利用高压喷射泵将乳化后大豆卵磷脂喷射进混合容器，喷射泵压力设置为7-10Mpa；
步骤四：将经过大豆卵磷脂处理后的水溶肥置于真空容器中进行干燥处理，加热温度为90-130℃，干燥处理30-40min后即可制成固体聚合物。
8.根据权利要求7所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中聚合的最后阶段是指反应质量为4∶1时加入添加剂。
9.根据权利要求7所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中利用高压喷射泵向混合容器内部喷射的乳化后的大豆卵磷脂能够对聚合后的物质进行喷涂。
10.根据权利要求7所述的一种可完全降解的高吸水性聚合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中制得的固体聚合物经过筛分后打包，能够作用于农业土壤中。
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