CN1702113A - 一种保水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可反复使用的长效的保水材料及制备方法。本发明的技术方案为：一种保水材料，其成分组分为(按重量百分比)：a：粒径为1～300nm的膨润土：1～5％；b：聚丙烯酰胺：0.1～1％；c：水：其余。按上述成分的保水材料的制备方法为：(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～2小时；(2)在常温下搅拌过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；(3)在0.5～48小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合，制得本发明的保水材料。本发明所述的保水材料为一种粘稠度很高的胶状体，使用时将它与用于植物生成的土壤或是泥土混合，然后把植物置入其中或是撒种子于其中，再在表面覆盖一层土壤或是沙土即可。

Description

一种保水材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种可吸取大量水份的吸水材料，特别是涉及一种含有膨润土的可大量吸收水分的材料。

背景技术：

目前，我国的水资源十分短缺，除了自然降水外，现有的植物供水方式采用比较节水的两种方式为喷灌和滴灌，即使这样，在干旱、半干旱、沙漠、半沙漠地区分散在植物根部周围的土壤中的水份，有80％～90％都由于蒸发和渗透而流失，仅有10％左右水份被根部吸收，造成了本来就短缺的水资源的浪费。特别是在我国的干旱、半干旱地区，由于无法实现人工灌溉，春季栽树后往往还没等到夏季的来临，树木就已经因干旱而枯萎，成活率很低，以致人工造林的成本非常高，因此研发保水或固水材料，是针对我国水资源短缺、干旱地区植树造林以及沙化地区的植被种植等问题，同时，也是我国急待解决的研究课题。

目前市售的保水材料综合有两大类，一类是天然高分子聚合物将水固体化，然后水可以在微生物作用下使高分子发生降解而被释放出来，这种材料工作或使用时需要自然环境的支持，对温度等自然外界环境要求高，而且只能一次性使用，成本较高；另一类是利用强吸水性树脂的吸水能力而蓄水和供水，这类材料虽然相对经济实用，但它会在暂时干旱缺水状态下抢先吸收植物根部周围土壤的水而使植物更早死亡。现在也有利用天然无机材料与高分子材料经交联剂作用，直接制成固沙或吸水材料，相对成本有一定的下降，效果也有所提高，但未见反复多次使用，价格低廉的长效保水材料。

发明内容：

本发明的目的使公开一种可反复使用的长效的保水材料，其价格低廉，适用于各种环境，对环境影响小，是一种极有前途的保水材料，本发明的另一方面，还公开了所述保水材料的制备方法。

实现本发明的技术方案如下：一种保水材料，其成分组分为(按重量百分比)：

a：粒径为1～300nm的膨润土：1～5％；

b：聚丙烯酰胺：0.1～1％；

c：水：其余。

按上述成分的保水材料的制备方法如下：(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～2小时；(2)在1～50℃下搅拌，过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；(3)在0.5～48小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合。制得本发明的保水材料。

本发明所述的保水材料为一种粘稠度很高的胶状体，使用时将它与用于植物生成的土壤或是泥土混合，然后把植物置入其中或是撒种子于其中，再在表面覆盖一层土壤或是沙土即可。经多次和不同环境条件的实验，使用上述的保水材料，植物有足够的时间生根、存活和生长，其可大大提高植树种草的成活率，减少沙漠化的进程和减少沙尘暴的发生，可大量节约利用水资源，上述的保水材料还可以将降雨过程的水吸收，保持在植物根部，即减少水向深层土壤的渗透，亦减少表面的蒸发，反复吸收和反复向植物供水。

具体实施方式：

膨润土是一种以天然蒙脱石为主要成分的粘土，属2∶1构型的3层结构的粘土矿物，膨润土做到无机状态的纳米级颗粒是十分困难的，现有技术的纳米膨润土，是通过插层的方法，将有机插层剂在适当的条件下与膨润土层间的Na⁺、Ca²⁺离子发生交换，使膨润土有机化，然后进行聚合，使膨润土晶片分散在有机物基体中，形成有机聚合膨润土纳米复合材料，基体中的纳米材料膨润土无法从聚合物基体中分离出来，也不能单独存在，而且由于插层的不均匀性，使得尺寸范围比较宽，分布不均匀，导致纳米特性不稳定。

本发明使用的是无机纳米级膨润土，尺寸小且分布范围窄，因此具有大比表面积和高吸附性等特点，形成的保水材料性能与效果均相当好。

实施例1：

一种保水材料，其成分组成为(按重量百分比)

粒径为10～100nm的膨润土1～5％；

聚丙烯酰胺0.1～1％；

其余为水。

其制备方法是：(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～2小时；(2)在1～50℃下搅拌，过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；(3)在0.5～24小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合，制得本发明的保水材料。

经实际实验，上述的保水材料与一般土壤或沙土混合(按其与土壤或沙土重量比为1∶1)，然后把植物植入，再在表面覆盖2～5cm的土壤，掺有保水材料的混合土壤中的水份的保水时间是普通土壤保水时间的6～8倍，而且上述的保水材料的成本仅每公斤不足壹元人民币。

实施例2：

一种保水材料，其成分组成为(按重量百分比)

粒径为10～30nm的膨润土1～5％；

聚丙烯酰胺0.1～1％；

其余为水。

其制备方法是：(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～1.5小时，(2)在1～50℃下搅拌，过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；(3)在0.5～10小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合，制得本发明的保水材料。

经实际实验，上述的保水材料与一般土壤或沙土混合(按其与土壤或沙土重量1∶1)，然后把植物植入，再在表面覆盖2～5cm的土壤，渗有保水材料的混合土壤中的水份的保水时间是普通土壤保水时间的7～9倍，而且上述的保水材料的成本仅每公斤不足壹圆人民币。

实施例3：

一种保水材料，其成分组成为(按重量百分比)

粒径为1～300nm或10～100nm或10～30nm的膨润土3％；

聚丙烯酰胺0.3％；

其余为水。

其制备方法如实施例1或实施例2，制得保水材料，与实施例1和实施例2相同的实验条件下，得到的保水时间基本是相同的。

本发明所使用的纳米膨润土是无机状态的膨润土，其制备步骤是：按原料总重量计：1～99％的膨润土原矿，0.1～40％重量选自季铵盐阳离子表面活性剂、碳酸锂或碳酸钠的改进剂，0～40％重量碱性活化剂，0～40％重量质子化剂和0～98％重量选自去离子水、乙醇、乙二醇悬或水溶性高分子聚合物的悬浮分散剂；步骤(1)在膨润土原矿中加入改型剂，在常温、常压下进行改型处理；(2)在改型处理后的膨润土中加入悬浮分散剂，将其分散、悬浮；(3)加入碱性活化剂，充分搅拌10～120分钟，进行活化处理，之后加入质子化剂，充分搅拌10～60分钟；(4)将活化的膨润土在1000～11000r/分钟转速下高速剪切5～240分钟，得到纳米至微米的膨润土液；(5)将步骤(4)得到的膨润土液在2000～15000r/分钟转速下离心处理5～120分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在10～250℃温度下浓缩或干燥10分钟～30小时，得到所述的纳米膨润土。

上述的水溶性高分子聚合物选自聚丙烯酰胺或聚丙烯酸；所述的碱性活化剂为氢氧化钠、碳酸钠或乙醇胺；所述的质子化剂为硫酸、盐酸或冰乙酸。

上述的纳米膨润土的具体的实施例如下：

(1)取膨润土原矿100克，加入2克碳酸钠采用挤压操作进行改型处理；

(2)改型后的膨润土加入800克去离子水，将其分散、悬浮；

(3)加入10克氢氧化钠，充分搅拌100分钟进行活化处理，之后加入10克硫酸，充分搅拌60分钟；

(4)将活化的膨润土在8000r/分钟转速下高速剪切200分钟，得到小尺寸的膨润土液；

(5)将小尺寸的膨润土液在10000r/分钟转速下离心处理100分钟，制得纳米膨润土液；

(6)将纳米膨润土液在100℃温度下浓缩2小时，得到所述的新型纳米膨润土。

该新型膨润土的粒径为7-100nm，在紫外光300nm处有最大吸收，吸收度达到99.5％。

上述的纳米膨润土的具体实施例还可以是：

(1)取膨润土原矿250克，加入8克草酸钠采用挤压操作进行改型处理；

(2)改型后的膨润土中加入500克聚丙烯酸，将其分散、悬浮；

(3)加入50克碳酸钠，充分搅拌10分钟进行活化处理，之后加入50克盐酸，充分搅拌10分钟；

(4)将活化的膨润土在5000r/转速下高速剪切240分钟，得到小尺寸的膨润土液；

(5)将小尺寸的膨润土液在5000r/转速下离心处理100分钟，得到纳米膨润土液；

(6)将纳米膨润土液在50℃温度下浓缩25小时，得到所述的新型纳米膨润土。

该新型纳米膨润土的粒径为20-80纳米，在紫外光300nm处有最大吸收，吸收度达到99.2％。

本发明的保水材料，其是纳米膨润土与有机线型高分子聚丙烯酰胺复合时，加强了纳米膨润土与水之间的氢键力，使水分子更有力的被束缚于复合后形成的网状结构中，但又不影响植物克服束缚力吸收利用水份，则能做到使水分子蒸发、低渗透，又能供给植物所用。由于本发明使用的膨润土可达纳米级，其比表面积较大，增强了吸附能力，故其吸水量较现有的吸水材料更好，价格更便宜。实验表明，本发明的保水材料在失去水分后，再加入水分仍可吸收大量的水份，即可多次使用。

Claims (10)

1、一种保水材料，其特征在于其成分组分为(按重量百分比)：

粒径为1～300nm的膨润土：1～5％；

聚丙烯酰胺：0.1～1％；

水：其余。

2、根据权利要求1所述的保水材料，其特征在于所述的膨润土的粒径为10～100nm。

3、根据权利要求2所述的保水材料，其特征在于所述的膨润土的粒径为10～30nm。

4、根据权利要求1或2或3所述的保水材料，其特征在于所述的膨润土为3％，聚丙烯酰胺为0.3％，其余为水。

5、根据权利要求1或2或3所述的保水材料，其特征在于所述的膨润土的制备步骤是：按原料总重量计，1～99％的膨润土原矿，0.1～40％重量选自季铵盐阳离子表面活性剂、碳酸锂或碳酸钠的改进剂，0～40％重量碱性活化剂，0～40％重量质子化剂和0～98％重量选自去离子水、乙醇、乙二醇或水溶性高分子聚合物的悬浮分散剂；步骤(1)在膨润土原矿中加入改型剂，在常温、常压下进行改型处理；(2)在改型处理后的膨润土中加入悬浮分散剂，将其分散、悬浮；(3)加入碱性活化剂，充分搅拌10～120分钟，进行活化处理，之后加入质子化剂，充分搅拌10～60分钟；(4)将活化的膨润土在1000～11000r/分钟转速下高速剪切5～240分钟，得到纳米至微米的膨润土液；(5)将步骤(4)得到的膨润土液在2000～15000r/分钟转速下离心处理5～120分钟，制得纳米膨润土液；(6)将纳米膨润土液在10～250℃温度下浓缩或干燥10分钟～30小时，得到所述的纳米膨润土。

6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述的水溶性高分子聚合物选自聚丙烯酰胺或聚丙烯酸。

7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的碱性活化剂为氢氧化钠、碳酸钠或乙醇胺；所述的质子化剂为硫酸、盐酸或冰乙酸。

8、根据权利要求1或2或3所述的保水材料的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：

(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～2小时；

(2)在1～50℃下搅拌，过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；

(3)在0.5～48小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合。

9、根据权利要求4所述的保水材料的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：

(1)在常温下将纳米膨润土加水乳化，时间为5分钟～2小时；

(2)在1～50℃下搅拌，过程中加入计量好的聚丙烯酰胺；

(3)在0.5～48小时内，搅拌直至聚丙烯酰胺完全溶胀且与膨润土充分混匀复合。

10、根据权利要求5所述的保水材料的制备方法，其特征在于所述的膨润土的制备步骤是：

(1)取膨润土原矿100克，加入5克十八烷基二甲基苄基氯化铵，采用挤压操作进行改型处理；

(2)改型后的膨润土加入800克去离子水，将其分散、悬浮；

(3)加入10克氢氧化钠，充分搅拌100分钟进行活化处理，之后加入10克硫酸，充分搅拌60分钟；

(4)将活化的膨润土在8000r/分钟转速下高速剪切200分钟，得到小尺寸的膨润土液；

(5)将小尺寸的膨润土液在10000r/分钟转速下离心处理100分钟，制得纳米膨润土液；

(6)将纳米膨润土液在100℃温度下浓缩2小时，得到所述的新型纳米膨润土。