CN1733814A - 植物多酚保水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物多酚保水剂及其制备方法，它是通过淀粉糊化后，在引发剂的作用下，不饱和单体发生自由基型接枝共聚反应，并在交联剂的作用下进行接枝交联，利用接枝共聚的反应活性在接枝交联的产物中接入植物多酚。本发明吸水剂具有抵抗微生物侵蚀的作用，吸水倍率500－700倍，同时具有很好的保水蓄水、抗风保苗和抗旱壮苗作用。

Description

植物多酚保水剂及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种土壤保水剂，具体地说，本发明涉及一种含有植物多酚的保水剂。本发明还涉及所述植物多酚保水剂的制备方法。

【背景技术】

目前广泛用于干旱和半干旱地区林业植树造林的吸水性树脂，一般是淀粉接枝型，要求有较高的吸水性和较好的保水性，以及反复的吸水性。

这类吸水剂是以淀粉糊化后与烯类亲水性单体接枝共聚，具有促进林木种子出苗率高，幼苗出土早，生长快，保存率高的优点。它与土壤均匀混合后形成的吸水土，土壤的饱和含水率明显比对照高，使土壤有效水增加，且增加值随高吸水剂用量的增加而增加。

但是一般的吸水剂，由于化学成分的关系，在土壤中放置时间长，均会受到土壤微生物的侵蚀，使吸水剂发生降解，直接影响吸水剂的效果，这是目前土壤吸水剂中没有解决的问题。

植物多酚是一类广泛存在于植物体内的多酚类物质，在植物中的含量仅次于纤维素、半纤维素和木质素，主要存在于植物的皮、根、木、叶、果中。其结构复杂，化学性质活泼，并且常以大量性质相似的同系物的混合物形式存在。它们在分子结构上仍具有某些共性：(1)酚羟基数目众多，以邻位酚羟基(连苯三酚、邻苯二酚)最为典型；(2)分子量较大，且分布较宽。

本发明人根据植物多酚的特点，进行了大量研究和试验，利用单宁分子中的酚羟基与羧基能与其他分子形成氢键，进行改性，从而研制出可以克服上述技术缺陷的本发明保水剂。

【发明内容】

[所要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种克服上述技术缺陷的植物多酚保水剂。

本发明的另外一个目的是一种本发明植物多酚保水剂的制备方法。

[技术方案]

本发明的植物多酚保水剂，其特征在于它是由如下组分接枝共聚制得：

植物多酚：          0.5-40重量份

淀粉衍生物：        10-60重量份

不饱和单体：        30-300重量份

所述组分优选如下(以重量计)：

植物多酚：          10-30重量份

淀粉衍生物：        20-50重量份

不饱和单体：        50-200重量份

本发明的植物多酚保水剂，其特征在于它是由下述方法制备而成：

(1)溶液配制：将上述重量份植物多酚和不饱和单体配成溶液备用，所述的植物多酚溶液优选所含植物多酚的质量浓度为0.25-4％，不饱和单体溶液质量浓度为10-30％。

(2)淀粉的糊化：将上述重量份淀粉加入到装入反应器中、加水.在通氮气的条件下，加热至50-95℃搅拌糊化0.5-2.0小时；

(3)接枝共聚合反应：糊化完成后，将体系的温度冷却至40-60℃，在通氮气的条件下，顺序加入引发剂、单体溶液、交联剂，在40-60℃反应1.5-2.0小时后，在加入植物多酚溶液反应0.5-1.0小时后，停止通氮气，升温至60℃。

(4)水解反应：加入氢氧化钠溶液，恒温水解1.5-3.0小时；

(5)水解产物的后处理：用蒸馏水对水解产物进行浸泡、洗涤，使产物的pH值为6.5-7.5，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

其中所述的植物多酚为水解单宁或缩合单宁。水解单宁为棓酸酯类多酚，优选为棓单宁、鞣花单宁中的一种；缩合单宁为黄烷醇类多酚或原花色素，黄烷醇类多酚优选为黄烷醇单体、黄烷醇聚合体中的一种或多种，原花色素优选为单体原花色素、聚合体原花色素中的一种或多种。

所述的淀粉衍生物为交联淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉、接枝淀粉、淀粉酯。优选为交联淀粉、磷酸酯淀粉、接枝淀粉、淀粉酯中的一种。所述的不饱和单体为丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯腈等，优选为丙烯酰胺。

本发明所用植物多酚、淀粉衍生物、不饱和单体等原料已工业化大规模生产，并可从市场购得。例如植物多酚可以选用内蒙古亚克石栲胶厂生产的落叶松栲胶，淀粉衍生物可以选用山东省枣庄市东方变性淀粉有限公司生产的交联淀粉，不饱和单体可以选用山东淄川金顺化工有限公司生产的丙烯酰胺。

本发明的植物多酚保水剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)淀粉的糊化：将淀粉加入到装入反应器中、加水.在通氮气的条件下，加热至50-95℃搅拌糊化0.5-2.0小时；

(2)接枝共聚合反应：糊化完成后，将体系的温度冷却至40-60℃，在通氮气的条件下，顺序加入引发剂、单体溶液、交联剂，在40-60℃反应1.5-2.0小时后，在加入植物多酚溶液反应0.5-1.0小时后，停止通氮气，升温至60℃。

(3)水解反应：加入氢氧化钠溶液，恒温水解1.5-3.0小时；

(4)水解产物的后处理：用蒸馏水对水解产物进行浸泡、洗涤，使产物的pH值为6.5-7.5，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

其中所述的引发剂是过硫酸钾、过硫酸铵或硝酸铈的一种或多种，优选为过硫酸钾；交联剂是N-N’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酰胺、双甲基丙烯酰胺或尿脂中的一种或多种，优选为双甲基丙烯酰胺。

其中所述的引发剂用量为单体质量的0.7-3.0％，交联剂用量为单体质量的0.6-2.0％。

其中，所述的植物多酚溶液优选所含植物多酚的质量浓度为0.25-4％，不饱和单体溶液质量浓度为10-30％。

[有益效果]

根据植物多酚的特点，特别利用单宁分子中的酚羟基与羧基能与其他分子形成氢键，进行改性，研制出的本发明保水剂，不仅具有保水和吸水的作用，还具有杀菌和土壤改良作用。

由于植物多酚的涩性，对于一些土壤害虫具有致害作用，这样使长时间放在土壤中的吸水剂不会受到微生物的影响，而发生生物降解，这是本吸水剂最为独特的方面。

其次，通过植物多酚与Fe³⁺的配合作用和氧化还原作用，改变铁元素的氧化还原电位，提高土壤中Fe²⁺离子的浓度，增加土壤中铁元素的可给性，而单宁本身就是许多植物的成分，无公害，符合绿色化学的原则。

采用本发明吸水剂处理苗木后，能人为地在苗木根系处营造一个局部的湿润环境，使苗木能较长时间地保持生长活力，促进根系生长，延长萎蔫期，安全渡过干旱时期，进而提高造林成活率。

本发明植物多酚保水剂吸水倍率500-700倍，有效作用时间3年。在干旱半干旱地区应用本发明产品绿化造林，可提高苗木成活率20％左右，提高生产量30％左右。并且经过试验证明，本吸水剂具有抵抗微生物侵蚀的作用。因此，其应用范围广，可在退耕还林、防沙治沙和沙尘暴治理等工程中广泛应用。

【具体实施方式】

下面列出非限制性的实施例，进一步说明本发明：

实施例1.

交联淀粉20份(重量份，下同)、装入反应器中，加水1000份，通氮、搅拌、加热至80℃糊化半小时；然后冷却至40℃，加过质量浓度为0.2％过硫酸钾溶液500份，然后加入质量浓度为16％的丙烯酰胺溶液500份，并加入N-N’-亚甲基双丙烯酰胺(为单体质量的1.25％)；于40℃下慢速搅拌反应2小时；然后加入单宁溶液(质量浓度为2％)500份，反应半小时；停止通氮，升温至60℃，加入1mol/l的氢氧化钠水溶液1000份，恒温水解2小时；然后将得到的水解产物用水洗至pH值为7，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

实施例2.

淀粉酯40份(重量份，下同)、装入反应器中，加水1000份，通氮、搅拌、加热至80℃糊化半小时；然后冷却至40℃，加过质量浓度为0.2％过硫酸铵溶液500份，然后加入质量浓度为30％的丙烯酸酯溶液1000份，并加尿脂(为单体质量的1.25％)，于40℃下慢速搅拌反应2小时；然后加入单宁溶液(质量浓度为2％)800份，反应半小时；停止通氮，升温至60℃，加入1mol/l的氢氧化钠水溶液1000份，恒温水解2小时；然后将得到的水解产物用水洗至pH值为7，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

实施例3.

接枝淀粉60份(重量份，下同)、装入反应器中，加水1000份，通氮、搅拌、加热至80℃糊化半小时；然后冷却至40℃，加过质量浓度为0.2％硝酸铈溶液500份，然后加入质量浓度为20％的丙烯腈溶液500份，并加入双甲基丙烯酰胺(为单体质量的1.25％)，于40℃下慢速搅拌反应2小时；然后加入单宁溶液(质量浓度为2％)500份，反应半小时；停止通氮，升温至60℃，加入1mol/l的氢氧化钠水溶液1000份，恒温水解2小时；然后将得到的水解产物用水洗至pH值为7，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

对比实施例1

	吸水速度	吸水率(g/g)	生物降解
				一般吸水剂	1min达最大吸水速度	500-1000	3个月有斑迹
本吸水剂	1min达最大吸水速度	700-800	3个月未见斑迹

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基本上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1、一种植物多酚保水剂，其特征在于它是由如下组分接枝共聚制得：

植物多酚：    0.5-40重量份

淀粉衍生物：  10-60重量份

不饱和单体：  30-300重量份

2、根据权利要求1所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的植物多酚为水解单宁或缩合单宁中的一种或多种。

3、根据权利要求2所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的水解单宁为棓酸酯类多酚。

4、根据权利要求3所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的棓酸酯类多酚为棓单宁、鞣花单宁中的一种或多种。

5、根据权利要求2所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的缩合单宁是黄烷醇类多酚或原花色素。

6、根据权利要求5所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的黄烷醇类多酚为黄烷醇单体、黄烷醇聚合体中的一种或多种；原花色素为单体原花色素、聚合体原花色素中的一种或多种。

7、根据权利要求1-6之任一所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的淀粉衍生物为交联淀粉、磷酸酯淀粉、接枝淀粉、淀粉酯。

8、根据权利要求7所述的植物多酚保水剂，其特征在于所述的不饱和单体为丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯腈中的任意一种。

9、一种植物多酚保水剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)淀粉的糊化：将淀粉衍生物加入到反应器中、加水。在通氮气的条件下，加热至50-95℃搅拌糊化0.5-2小时；

(2)接枝共聚合反应：糊化完成后，将体系的温度冷却至40-60℃，在通氮气的条件下，顺序加入引发剂，、单体溶液、交联剂，在40-60℃反应1.5-2.0小时后，在加入植物多酚溶液反应0.5-2小时后，停止通氮气，升温至60℃；

(3)水解反应：加入氢氧化钠溶液，恒温水解1.5-3.0小时；

(4)水解产物的后处理：用蒸馏水对水解产物进行浸泡、洗涤，使产物的pH值为6.5-7.5，脱水、烘干至恒重，经过研磨粉碎，得到粉末状的本发明产品。

10、根据权利要求9所述的植物多酚保水剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂是过硫酸钾、过硫酸铵或硝酸铈中的一种或多种；交联剂是N-N’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酰胺、双甲基丙烯酰胺或尿脂中的一种或多种。