CN1176126C - 超强吸水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超强吸水剂及其制备方法。预先将魔芋粉加水在一定温度下糊化后，通过比例泵加入以碱部分中和的丙烯酸系列单体、引发剂和交联剂，搅拌并通入氮气或氩气保护，一定温度引发接枝共聚反应后，以氮气或氩气伴随反应液喷射进入螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应一定时间后，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥。干燥后产品呈薄膜片状，经粉碎成颗粒状产品。该工艺制备的产品对纯水的吸收率可达到500～2000倍，生理盐水的吸收率可达到80～200倍；纯水的吸收速率和生理盐水的吸收速率分别可达到350～1500倍/分和65～120倍/分。属可生物降解性材料，可广泛应用于卫生材料、医疗、农林、园艺领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种魔芋粉接枝共聚丙烯酸(盐)超强吸水剂，同时还涉及一种超强吸水剂的制备方法。
背景技术
现有吸水剂主要分为二大类：一是化学合成的高分子吸水树脂，如聚丙烯酸树脂；二是淀粉类超强吸水剂。化学合成高分子树脂目前可以稳定的工业化生产，但过程中三废问题严重，耗能、耗水量大，使用后难以降解，对环境造成污染，并且国内这类吸水剂的供应因技术和成本原因主要依赖进口。淀粉类吸水剂的工业化生产尚处起步阶段，工艺技术稳定性较差如工艺过程中的搅拌不均匀问题、生产的不连续等没能很好解决。经检索未发现一种超强吸水剂及制备方法被公开或使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超强吸水剂，其吸水倍率高，吸水速度快。
本发明的另一个目的在于提供了一种超强吸水剂的制备方法，其工艺简便，解决了共聚反应中粘度增大后搅拌不均匀的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：
本发明中提出的魔芋原料过去因地域限制，种植量小，未能引起足够重视。现在，魔芋种植技术和产量的大幅提高，使得它成了具有工业化开发价值的重要农产品资源。魔芋的主要成份是魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)，是已知植物胶中粘度最大的天然高分子多糖，约占干品重量的50～60％，其分子式为(C6H10O5)n，它是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶6比例，通过β-1，4糖苷键结合而成的复合天然高分子多糖，其在水中的膨胀系数约为100。该糖主链的甘露糖基C-3位有β-1，3键的支链，除葡萄糖和甘露糖残基外，还有乙酰基存在，其晶体结构有α型(非晶型)和β型(结合型)两种。魔芋葡甘聚糖大分子结构中具有大量的羟基，可进行多种酯化及改性反应。利用魔芋(魔芋精粉、魔芋微粉或全魔芋粉)，用物理及化学方法对其进行分子复配改性后得到具有协同增效作用的化学修饰高分子多糖。该多糖除具备天然魔芋多糖的性质外，由于具有速溶、增稠、胶凝、热可塑、高吸附的特点，是一类凝胶性能十分理想的广谱凝胶、增稠剂。基于魔芋原料的特性，对其进行接枝共聚吸水单体可获得优异的吸水性能。该超强吸水剂由下列原料制成：
1、魔芋粉与丙烯酸质量比为1∶10～1∶100
2、丙烯酸是预先以碱部分中和的丙烯酸(中和度为60mol％～90mol％)
3、引发剂与丙烯酸的质量比为0.1％～1％
4、交联剂与丙烯酸的质量比0.01％～0.8％
其步骤是：
将魔芋粉在30-60℃温度下糊化后(固形物含量0.5-5.0％)，通过比例泵加入冷却的以碱部分中和的丙烯酸(中和度为60mol％～90mol％)，加入丙烯酸0.1Wt％～1Wt％的引发剂及0.01Wt％～0.8Wt％的交联剂，魔芋精粉与丙烯酸质量比为1∶10～1∶100，搅拌并通氮气或氩气保护，于30-70℃温度引发接枝共聚反应后，以氮气或氩气伴随反应液喷射进入温度为70-130℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间30-300Sec，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度90-180℃，干燥时间0.5-10min。干燥后产品呈薄膜片状，将薄膜片状粉碎成60-300目的颗粒状产品。
魔芋接枝共聚丙烯酸(盐)超强吸水剂的制备中，魔芋粉可以是魔芋精粉、魔芋微粉或全魔芋粉；中和用碱可采用氢氧化钠或氢氧化钾；引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或硝酸铈铵；交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷1，4-丁二醇；整个反应过程中物流搅拌均匀并通氮气或氩气进行保护，保护反应中产生的自由基的活性。其特征在于以比例泵精确加料。每一原料均配置成一定浓度的工作母液存储于贮存罐中，通过比例泵按比例自动精确加入。在30-70℃温度引发接枝共聚反应后，以氮气或氩气伴随反应液喷射进入温度为70-130℃的螺旋管式紊流反应器—螺杆式输送反应器，进行接枝共聚。以气压和螺杆动力输送变得粘稠的流体，并强制形成紊流，强化搅拌效果。反应产物经螺杆挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度90-180℃，干燥时间0.5-10min。干燥后产品呈薄膜片状，最后将薄膜片状粉碎成60-300目的颗粒状产品。
本发明中涉及的魔芋超强吸水剂与现有淀粉类超强吸水剂相比，魔芋接枝共聚丙烯酸(盐)超强吸水剂的制备工艺简单，解决了共聚反应中黏度增大后搅拌不均匀问题，并能全程保护自由基反应；制造设备构造简单、紧凑；工艺参数易于实现全程在线检测、控制；产品的吸水倍率高、吸水速度快、凝胶强度大且可生物降解。该产品可广泛用于卫生材料、医疗、农林园艺等领域。
具体实施方式
实例1：
将魔芋全粉4.5份加100份水在40℃温度下糊化后(固形物含量4.5％)，通过比例泵加入冷却的以氢氧化钠部分中和的丙烯酸(中和度为80mol％)，魔芋全粉与丙烯酸质量比为1∶50。加入丙烯酸0.5Wt％的引发剂过硫酸钾及0.1Wt％的交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌并通氮气保护，于60℃温度引发接枝共聚反应后，以氮气伴随反应液喷射进入温度为90℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间240Sec，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度140℃，干燥时间2min。干燥后产品呈薄膜片状，经粉碎成120目的颗粒状产品。产品对纯水的吸收率为1800倍，生理盐水的吸收率可达到170倍，1min纯水的吸收率和生理盐水的吸收率分别为1100倍和100倍。
实例2：
将魔芋精粉3.5份加100份水在35℃温度下糊化后(固形物含量3.5％)，通过比例泵加入冷却的以氢氧化钠部分中和的丙烯酸(中和度为70mol％)，魔芋精粉与丙烯酸质量比为1∶80。加入丙烯酸0.4Wt％的引发剂过硫酸钾及0.2Wt％的交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌并通氮气保护，于50℃温度引发接枝共聚反应后，以氮气伴随反应液喷射进入温度为85℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间180Sec，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度140℃，干燥时间2min。干燥后产品呈薄膜片状，经粉碎成100目的颗粒状产品。产品纯水的吸收率为1500倍，生理盐水的吸收率可达到130倍，1min纯水的吸收率和生理盐水的吸收率分别为950倍和90倍。
实例3：
将魔芋全粉4.5份加100份水在40℃温度下糊化后(固形物含量4.5％)，通过比例泵加入冷却的以氢氧化钠部分中和的丙烯酸(中和度为85mol％)，魔芋全粉与丙烯酸质量比为1∶50。加入丙烯酸0.8Wt％的引发剂过硫酸铵及0.7Wt％的交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌并通氩气保护，于60℃温度引发接枝共聚反应后，以氩气伴随反应液喷射进入温度为90℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间240Sec，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度150℃，干燥时间2min。干燥后产品呈薄膜片状，经粉碎成120目的颗粒状产品。产品纯水的吸收率为800倍，生理盐水的吸收率可达到80倍，1min纯水的吸收率和生理盐水的吸收率分别为600倍和65倍。
实例4：
将魔芋微粉3.0份加100份水在40℃温度下糊化后(固形物含量3.0％)，通过比例泵加入冷却的以氢氧化钾部分中和的丙烯酸(中和度为80mol％)，魔芋全粉与丙烯酸质量比为1∶80。加入丙烯酸0.5Wt％的引发剂过硫酸钾及0.4Wt％的交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌并通氮气保护，于60℃温度引发接枝共聚反应后，以氮气伴随反应液喷射进入温度为90℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间240Sec，螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度120℃，干燥时间3min。干燥后产品呈薄膜片状，经粉碎成200目的颗粒状产品。产品纯水的吸收率为1600倍，生理盐水的吸收率可达到150倍，1min纯水的吸收率和生理盐水的吸收率分别为950倍和86倍。
Claims (4)
1、一种超强吸水剂，它由以下重量配比的原料制成：
A、魔芋粉与丙烯酸质量比为1∶10～1∶100；
B、丙烯酸是预先以碱部分中和的丙烯酸，中和度为60～90mol％；
C、引发剂与丙烯酸的质量比为0.1～1％；
D、交联剂与丙烯酸的质量比0.01～0.8％。
2、一种实现权利要求1所述的超强吸水剂的制备方法，它包括下列步骤：
A、将魔芋粉在30-60℃温度下糊化，固形物含量0.5-5.0％；
B、通过比例泵加入冷却的以碱部分中和的丙烯酸；
C、加入引发剂及交联剂，搅拌并通氮气或氩气保护，于30-70℃温度引发接枝共聚反应；
D、以氮气或氩气伴随反应液喷射进入温度为70-130℃的螺旋管式紊流反应器进行接枝共聚，反应时间30-300秒；
E、螺旋挤出送入滚筒式薄膜成型干燥器，使反应物呈膜状干燥，干燥温度90-180℃，干燥时间0.5-10min，干燥后产品呈薄膜片状；
F、将薄膜片状粉碎成60-300目的颗粒状产品。
3、如权利要求1所述的超强吸水剂，其特征在于引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或硝酸铈铵。
4、如权利要求1所述的超强吸水剂，其特征在于交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷、1，4-丁二醇。
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