專利名稱：農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法。該材料可廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、園藝、醫(yī)療、生理衛(wèi)生、石油、化學(xué)化工、日用品、環(huán)境保護(hù)、美容、化妝、建材、生化技術(shù)、食品等方面。特別是在農(nóng)林方面，高吸水材料可用作為無(wú)土栽培、土壤改良劑、種子包衣、大棚用基質(zhì)、保肥劑、農(nóng)用膜、綠化沙漠與植樹(shù)造林等。
高吸水性材料最初是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所(NRRL)在1969年開(kāi)發(fā)的，是用玉米淀粉與丙烯腈接枝聚合再經(jīng)氫氧化鈉水解后得到的，六十年代末至七十年代初期，美國(guó)的Grain-Processing，Hercules，National Starch，General Mills Chemical，日本住友化學(xué)，花王石堿，三洋化成工業(yè)等公司相繼成功的開(kāi)發(fā)了高吸水材料。近年來(lái)，隨著世界對(duì)高吸水性材料需求量的逐年增加，開(kāi)發(fā)新品種、降低材料成本、提高材料的綜合性能是當(dāng)前世界高吸水材料發(fā)展的突出特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外研究得比較多的高吸水材料主要為交聯(lián)的聚丙烯酸鹽、丙烯酸共聚物及淀粉-丙烯酸接枝聚合物等品種，一般用反相懸浮和乳液聚合、水溶液聚合和淀粉接枝聚合等方法制得。如美國(guó)專利US4743244、US 4059552、US 4618631、US 393509、歐洲專利EP 272074等，特別是美國(guó)專利US 393509，它是利用淀粉接枝丙烯腈得到高吸水材料的，這種材料可用于土壤改良、保水抗旱、育種保苗等領(lǐng)域。由于工藝較復(fù)雜、成本較高、設(shè)備要求較高，導(dǎo)致其價(jià)格較貴，從而，限制了其在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著高吸水材料在農(nóng)業(yè)上的推廣使用，其消費(fèi)量會(huì)越來(lái)越大。有報(bào)導(dǎo)說(shuō)用腈綸廢絲可制備高吸水材料，該方法的工藝路線是水解、交聯(lián)、中和，再用乙醇等有機(jī)溶劑沉析、過(guò)濾、洗滌。此方法所制高吸水材料，成本雖然降低了，但凝膠強(qiáng)度較低，不利于在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用。為克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種新的技術(shù)方案。
本發(fā)明的目的在于提供一種吸水能力大于50g/g，利用工業(yè)廢棄物制成有較好的水凝膠強(qiáng)度的農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法。
本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種農(nóng)林用高吸水材料，采用高聚物工業(yè)廢棄物作為原料，其特征在于該原料經(jīng)反應(yīng)后得到至少含有酰胺基、醚鍵、羥基基團(tuán)中的一種或一種以上的交聯(lián)的聚丙烯酸鹽類化合物。一種農(nóng)林用高吸水材料采用回收聚合物工業(yè)廢棄物，如工業(yè)廢膠、工業(yè)廢料等制成。該材料的吸水能力為50～500g/g，即是其自身重量的50～500倍，且有較好的凝膠強(qiáng)度。本發(fā)明所述的回收聚合物工業(yè)廢物可選自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、淀粉、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈中的一種，或一種以上的混合物。
在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明農(nóng)林用高吸水材料的制備方法為第一步，預(yù)處理將高聚物工業(yè)廢棄物先用切斷機(jī)切成長(zhǎng)度為2～3cm左右的高分子絲狀物、棒狀物或塊狀物，然后經(jīng)過(guò)洗滌除去廢棄物中的溶劑以備用；第二步，交聯(lián)反應(yīng)以上述洗凈的工業(yè)廢棄物為原料，在攪拌釜式反應(yīng)器中加入交聯(lián)劑，濃度為1％～30％，反應(yīng)溫度控制在環(huán)境溫度～90℃，反應(yīng)時(shí)間為1～96小時(shí)，洗滌后，得到中間產(chǎn)物；第三步，水解反應(yīng)將上述得到的中間產(chǎn)物在釜式反應(yīng)器中加入氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿液，濃度1％～70％，反應(yīng)溫度控制在環(huán)境溫度～100℃，反應(yīng)進(jìn)行1～72小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸中和，調(diào)至pH值為6。最后，水洗、干燥得到所需要的農(nóng)林用高吸水材料。簡(jiǎn)單的講，分為下述四步工業(yè)廢棄物的洗滌與切斷；工業(yè)廢棄物的交聯(lián)；水解與中和；最后，水洗、干燥，得到具有一定凝膠強(qiáng)度的不溶于水的聚合物。而本發(fā)明在聚合反應(yīng)后無(wú)需用乙醇等有機(jī)溶劑沉析、過(guò)濾、洗滌，只需直接脫水干燥而已；產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度高，一般說(shuō)來(lái)，高吸水材料的吸水能力與水凝膠強(qiáng)度是一對(duì)矛盾體，吸水能力高、則水凝膠強(qiáng)度低，對(duì)用在衛(wèi)生材料上的高吸水材料，只需吸水能力好，而對(duì)水凝膠強(qiáng)度要求低。而農(nóng)林用高吸水材料則希望兩者的性能都比較好，本發(fā)明就能綜合考慮兩者的關(guān)系以最大限度滿足農(nóng)林用高吸水材料的要求，即不僅高吸水材料的吸水能力強(qiáng)，而且水凝膠強(qiáng)度也比較高。
高吸水材料是能吸收自重?cái)?shù)十倍到上千倍水的高分子聚合物，它們含大量水時(shí)具有相當(dāng)?shù)哪z強(qiáng)度，而在干燥空氣中水分能緩慢釋放出來(lái)，高吸水材料可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生材料、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園林工藝及建筑材料等行業(yè)。
在衛(wèi)生材料方面，高吸水材料用作嬰兒尿布、婦女衛(wèi)生巾、成人失禁墊，可將尿液和污血吸收貯留而不外溢，干凈而舒適，因而是高吸水材料目前最主要的用途。
在農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園林工藝方面，高吸水材料在以下幾個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用前景(1)無(wú)土栽培用材料，將高吸水材料與營(yíng)養(yǎng)液或基質(zhì)混合可替代傳統(tǒng)的盆花土，且可減少灌溉的次數(shù)。(2)土壤改良劑，將高吸水材料與土壤混合，可促進(jìn)土壤成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤的保墑、保濕和保肥能力。(3)種子包衣，將高吸水材料凝膠與種子混合播種后，可促使種子早發(fā)芽且提高發(fā)芽率。(4)大棚用基質(zhì)，將高吸水材料與其它基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)液混合后用于種植蔬菜、瓜果可替代傳統(tǒng)農(nóng)用土，從而可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)工廠化生產(chǎn)。(5)保肥劑，將高分子材料與化肥混合，施于土壤中，可防止化肥的流失，提高化肥利用率。(6)農(nóng)用膜，在合成膜的一面，涂覆一層高吸水材料層，可提高保濕性和可見(jiàn)光透過(guò)率。(7)綠化沙漠與植樹(shù)造林，將高吸水材料先制成吸水劑，再和農(nóng)用土摻在一起就可很好保存土壤中的水分，從而達(dá)到綠化沙漠及植樹(shù)造林的目的。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于通過(guò)工業(yè)廢棄物來(lái)制備高吸水材料的方法更符合我國(guó)國(guó)情。制備方法簡(jiǎn)單，省去了用有機(jī)溶劑沉析、過(guò)濾、洗滌的過(guò)程，成本更低廉；本發(fā)明高吸水材料不僅具有好的吸水能力而且還具有好的凝膠強(qiáng)度，特別適用于農(nóng)林方面，除此之外，該材料最大的特點(diǎn)是成本低，并且，用工業(yè)廢棄物為原料更利于環(huán)境保護(hù)。
已有技術(shù)制備的高吸水材料主要應(yīng)用于衛(wèi)生材料中，它的吸水能力較強(qiáng)，但吸水后水凝膠的強(qiáng)度較低，一般說(shuō)來(lái)，這些高吸水材料吸水后水凝膠粘粘的，很難承受外來(lái)的應(yīng)力。而本發(fā)明以工業(yè)廢棄物制備得到的高吸水材料不但有好的吸水能力，而且有很好的凝膠強(qiáng)度，如在施加50克的外力、受壓面積不變的條件下，吸水后水凝膠直徑為12mm的高吸水材料，最終形變值僅為2mm，因此這種技術(shù)在凝膠強(qiáng)度方面比已有技術(shù)具有優(yōu)越性，除此之外，由于凝膠強(qiáng)度高，因此這種高吸水材料可重復(fù)使用，而已有技術(shù)制備的高吸水材料一般為一次性使用，因此在使用壽命方面該技術(shù)也具有優(yōu)越性。
以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明實(shí)施例稱取工業(yè)廢膠10克，在攪拌釜式反應(yīng)器中加入丙酮、甲醛、戊二醛、硫酸銅、丹寧酸、揉酸等交聯(lián)劑，濃度為1％～30％，反應(yīng)溫度控制在10～90℃，反應(yīng)進(jìn)行1～96小時(shí)后結(jié)束，水洗，得到中間產(chǎn)物；然后在釜式反應(yīng)器中加入氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿液，濃度1％～30％，反應(yīng)溫度控制在20～100℃，反應(yīng)進(jìn)行1～72小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸中和，調(diào)至pH值為6。最后將其放于烘箱中干燥，得到的高吸水材料其吸水倍率為50～500g/g，凝膠強(qiáng)度為在50g應(yīng)力下形變?yōu)?.2mm。
權(quán)利要求
1，一種農(nóng)林用高吸水材料，采用高聚物工業(yè)廢棄物作為原料，特征在于該高聚物工業(yè)廢棄物經(jīng)反應(yīng)后得到至少含有酰胺基、醚鍵、羥基基團(tuán)中的一種或一種以上的交聯(lián)的聚丙烯酸鹽類化合物。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法，特征在于所述的聚合物工業(yè)廢棄物可選自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、淀粉、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈中的一種，或一種以上的混合物。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法，特征在于工藝條件第一步，預(yù)處理將高聚物工業(yè)廢棄物先用切斷機(jī)切成長(zhǎng)度為2～3cm左右的高分子絲狀物、棒狀物或塊狀物，然后經(jīng)過(guò)洗滌除去廢棄物中的溶劑以備用；第二步，交聯(lián)反應(yīng)以上述洗凈的工業(yè)廢棄物為原料，在攪拌釜式反應(yīng)器中加入交聯(lián)劑，濃度為1％～30％，反應(yīng)溫度控制在環(huán)境溫度～90℃，反應(yīng)進(jìn)行1～96小時(shí)后結(jié)束，水洗，得到中間產(chǎn)物；第三步，水解反應(yīng)將上述得到的中間產(chǎn)物在釜式反應(yīng)器中加入堿液，濃度1％～30％，反應(yīng)溫度控制在20～100℃，反應(yīng)時(shí)間1～72小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸中和，調(diào)至pH值為6。最后水洗、干燥得到所需要的農(nóng)林用高吸水材料。
4，根據(jù)權(quán)利要求3所述的農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法，特征在于所述交聯(lián)劑為丙酮、甲醛、戊二醛、硫酸銅、丹寧酸、揉酸中一種或一種以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)林用高吸水材料及其制備方法。采用高聚物工業(yè)廢棄物作為原料,該原料經(jīng)反應(yīng)后得到至少含有酰胺基、醚鍵、羥基基團(tuán)中的一種或一種以上的交聯(lián)聚丙烯酸鹽類化合物。其制備工藝分為:切割與洗滌;交聯(lián)反應(yīng);水解反應(yīng);水洗與干燥。本發(fā)明材料可廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、醫(yī)療、衛(wèi)生、石化、日用品等方面,特別是在農(nóng)林方面,可用作無(wú)土栽培、土壤改良劑、種子包衣、大棚用基質(zhì)、保肥劑等,尤其可用于綠化沙漠與植樹(shù)造林等。
文檔編號(hào)C08L101/00GK1355262SQ00127610
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者鄒黎明, 王依民, 倪建華, 湯根才, 張靜萍, 潘湘慶 申請(qǐng)人:東華大學(xué)