專利名稱：具有緩釋肥料功能的納米復(fù)合保水劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機-無機納米復(fù)合保水劑，更具體地說是涉及一種聚丙烯酸/凹凸棒粘土/腐殖酸納米復(fù)合保水劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
保水劑是一種功能高分子材料，可以吸收比自身重幾百倍甚至上千倍的水。自60年代美國北方農(nóng)業(yè)部第一次合成出保水劑以來，在農(nóng)林業(yè)方面的應(yīng)用一直是保水劑非常重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。保水劑的種類繁多，以原料來源分類，可分為三大系列淀粉系、纖維素系和合成樹脂系。淀粉類保水劑一般具有較高的吸水率，但其缺點是耐鹽堿性較差，凝膠強度差，在實際應(yīng)用中使用壽命較短。纖維素類保水劑有著良好的耐鹽堿性，但其吸水率較差。目前生產(chǎn)量最大的是丙烯酸類保水劑，其優(yōu)點是制備工藝簡單，產(chǎn)物吸水力強，產(chǎn)品應(yīng)用面廣，但丙烯酸類保水劑為電解質(zhì)型聚合物，耐鹽堿性較差，同時產(chǎn)品的價格較高。目前改進其耐鹽性的一般方法是在丙烯酸類聚合物中引入非離子型單體進行二元以及三元共聚。但由于非離子單體一般價格較貴，這樣又增加了保水劑的成本。因此，在丙烯酸類聚合物中引入價廉的無機原料對其進行改性，則成為了一種較為理想的方法。其特點是引入無機物不但能提高丙烯酸類保水劑的耐鹽性，而且可以大大降低成本。
凹凸棒黏土是一種鏈層結(jié)構(gòu)的鎂鋁硅酸鹽礦物，在我國儲量豐富，僅甘肅探明儲量有1億噸之多。凹凸棒黏土表面存在大量的親水性硅羥基，通過簡單處理可以與烯類單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，形成具有高吸水性的有機-無機復(fù)合吸水劑。研制的第一代低成本(凹凸棒黏土含量達30％)、耐鹽堿保水劑于2004年9月已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在勝利油田聚合物公司建成了3000噸/年的生產(chǎn)線，這是迄今為止在國內(nèi)外第一個產(chǎn)業(yè)化的有機無機復(fù)合保水劑，該產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)了農(nóng)用保水劑的升級換代，標志著我國自主研制的新型保水劑進入了新階段。
凹凸棒粘土具有眾多相互平行的納米尺度的孔道，為天然-維納米材料。但是凹凸棒粘土的棒束是聚集狀態(tài)，所以有必要對其進行有機化處理。采用有機化處理后的凹凸棒粘土與丙烯酸或丙烯酰胺聚合后，吸水性能明顯改善。
在保水材料的開發(fā)中，可持續(xù)發(fā)展的觀念和相應(yīng)的技術(shù)體系開發(fā)越來越受到重視，這就是在滿足需求的同時，1)改善資源的利用狀況，保持生態(tài)的良性循環(huán)；2)尋求最佳的物質(zhì)/能源投入產(chǎn)出模式和資源利用模式，進一步減少和防止對環(huán)境和生態(tài)的二次污染。為此，以發(fā)展高效農(nóng)業(yè)兼顧恢復(fù)西部生態(tài)環(huán)境為目標，以西部資源的高值化為背景，針對西部地區(qū)干旱缺水、高鹽堿度的土壤特點，在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合凹凸棒黏土的獨特性能，綜合考慮農(nóng)林業(yè)應(yīng)用型高吸水性聚合物應(yīng)具有吸水保水、耐鹽堿、低成本和多功能的需求，設(shè)計并研制具有緩釋功能的有機無機納米復(fù)合保水劑具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種具有緩釋肥料功能的有機無機納米復(fù)合保水劑及其制備方法。
本發(fā)明可以通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明采用有機化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作為納米復(fù)合保水劑的主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、洗滌、干燥、粉碎制成具有緩釋肥料功能的納米復(fù)合保水劑。
凹凸棒土在我國儲量豐富，價格低廉。是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，其結(jié)構(gòu)屬2∶1型粘土礦物。由于在其表面或?qū)娱g可與表面活性劑作用，形成有機化凹凸棒土，因而可用來制備有機-無機納米復(fù)合吸水劑。
腐殖酸是一種多極性官能團的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)中分布有羧基、羥基、羰基等活性功能基團，具有刺激植物生長發(fā)育、增加作物的抗逆性、改善植物的營養(yǎng)狀況的功效，可以與丙烯酸等親水性單體或淀粉等親水性天然高分子發(fā)生接枝共聚反應(yīng)，使所制備的保水劑具有吸水、保水和營養(yǎng)土壤和植被的協(xié)同功能。腐殖酸價格低廉而且環(huán)境友好，我國有豐富的腐殖酸資源，風化褐煤腐殖酸和泥炭腐殖酸都可作為合成緩釋保水劑的基質(zhì)材料。綜合測試表明，風化煤腐殖酸含量較高(59％)，富含氮、磷、鉀等多種營養(yǎng)元素，重金屬含量很低，是制取超強保水劑的良好原料。
一種具有緩釋肥料功能的納米復(fù)合保水劑，其特征在于原料的重量份數(shù)為丙烯酸100份，有機化凹凸棒土10-50份，腐殖酸10-50份，引發(fā)劑0.05-1.0份，交聯(lián)劑0.05-1.0份；交聯(lián)劑選自甘油或者N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺；引發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨或者過硫酸鉀；有機化凹凸棒土選自十六烷基三甲基溴化銨凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化銨凹凸棒土。
所謂有機化凹凸棒土，指的是凹凸棒黏土經(jīng)過了有機化處理。具體方法是將凹凸棒黏土與有機化試劑混合，在常溫常壓下通過攪拌反應(yīng)生成。有機化試劑我們選自十六烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨。
本發(fā)明的腐殖酸選自風化煤腐殖酸、煤矸石腐殖酸或泥炭腐殖酸。
一種具有緩釋肥料功能納米復(fù)合保水劑的制備方法，其特征在于該方法將丙烯酸加入反應(yīng)器中，加入蒸餾水溶解后，再加入有機化凹凸棒土、腐殖酸、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，升溫至40-70℃反應(yīng)2-4小時，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用甲醇的水溶液洗滌，在60-80℃下烘干至恒重，粉碎。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)由于使用了有機化的凹凸棒土，掃描電鏡和投射電鏡的分析表明，該復(fù)合材料達到了納米級，是一種納米復(fù)合保水劑；(2)由于使用了腐殖酸，使復(fù)合材料具有緩釋肥料的功能，實驗測試表明，該復(fù)合材料的緩釋性能達到了30天以上；(3)該復(fù)合材料吸水倍數(shù)達到了300-600g/g，滿足了干旱條件下對吸水保水材料的要求；(4)使用后土壤理化性能測試表明，該納米復(fù)合材料比普通復(fù)合材料有更好的土壤改良作用。
具體的實施方式實施例1將7.20g丙烯酸加入到反應(yīng)器中，加入20ml蒸餾水溶解后，加入2.45g十六烷基三甲基溴化銨凹凸棒土、2.45g風化煤腐殖酸、122.3mg交聯(lián)劑和18.4mg引發(fā)劑，升溫至70℃反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用甲醇/水溶液洗滌，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實施例中的產(chǎn)品每克吸蒸餾水520克，色澤為黑色。
實施例2將7.20g丙烯酸加入到反應(yīng)器中，加入20ml蒸餾水溶解后，加入2.80g十六烷基三甲基溴化銨凹凸棒土、2.60g風化煤腐殖酸、122.3mg交聯(lián)劑和18.4mg引發(fā)劑，升溫至70℃反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用甲醇/水溶液洗滌，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實施例中的產(chǎn)品每克吸蒸餾水460克，色澤為黑色。
實施例3將7.20g丙烯酸加入到反應(yīng)器中，加入20ml蒸餾水溶解后，加入2.80g十八烷基三甲基溴化銨凹凸棒土、2.45g泥炭腐殖酸、122.3mg交聯(lián)劑和18.4mg引發(fā)劑，升溫至70℃反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用甲醇/水溶液洗滌，然后在70℃下烘干至恒重，粉碎，過40-80目網(wǎng)篩。本實施例中的產(chǎn)品每克吸蒸餾水580克，色澤為黑色。
權(quán)利要求
1.一種具有緩釋肥料功能的納米復(fù)合保水劑，其特征在于原料的重量份數(shù)為丙烯酸100份，有機化凹凸棒土10-50份，腐殖酸10-50份，引發(fā)劑0.05-1.0份，交聯(lián)劑0.05-1.0份；交聯(lián)劑選自甘油或者N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺；引發(fā)劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨或者過硫酸鉀；有機化凹凸棒土選自十六烷基三甲基溴化銨凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化銨凹凸棒土。
2.如權(quán)利要求2所述的保水劑，其特征在于腐殖酸選自風化煤腐殖酸、煤矸石腐殖酸或泥炭腐殖酸。
3.如權(quán)利要求1所述保水劑的制備方法，其特征在于該方法將丙烯酸加入反應(yīng)器中，加入蒸餾水溶解后，再加入有機化凹凸棒土、腐殖酸、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，升溫至40-70℃反應(yīng)2-4小時，反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物用甲醇的水溶液洗滌，在60-80℃下烘干至恒重，粉碎。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有緩釋肥料功能的納米復(fù)合保水劑及其制備方法。本發(fā)明采用有機化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作為納米復(fù)合保水劑的主要原料，添加引發(fā)劑和交聯(lián)劑，在水溶液中經(jīng)接枝共聚、交聯(lián)、洗滌、干燥、粉碎制成。保水劑吸蒸餾水的倍數(shù)為300－600g/g。該保水劑在節(jié)水農(nóng)業(yè)和生態(tài)恢復(fù)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C05G3/04GK101077843SQ200610042899
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者王愛勤, 張俊平 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所