專利名稱：一種高吸水復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高吸水復(fù)合材料及其制備方法，特別是用于農(nóng)田抗旱保水、作物保苗增產(chǎn)、沙漠荒地治理的高吸水復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
高吸水性樹脂(英文全稱Super Absorbent Polymers，簡(jiǎn)稱SAP)是一種含有羥基、羧基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水溶脹型功能高分子材料，能通過(guò)水合作用迅速吸收自重幾十倍乃至上千倍的水而呈凝膠狀，且保水性好。
1966年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所Fanta等進(jìn)行了淀粉接枝丙烯腈的研究，從此開(kāi)始了高吸水樹脂的發(fā)展。高吸水性樹脂具有優(yōu)異的性能，已開(kāi)始應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、建筑、日用化工等領(lǐng)域，尤其是在農(nóng)林園藝、醫(yī)療衛(wèi)生等方面。高吸水性樹脂將在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利等領(lǐng)域發(fā)揮抗旱保苗、增產(chǎn)增收、改良土壤、防風(fēng)固沙、水土保持等多種功能，因而被國(guó)際上普遍認(rèn)為是繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后第四個(gè)最有希望被農(nóng)民接受的農(nóng)用化學(xué)制品。但目前，一些純化學(xué)藥品制成的高吸水樹脂卻因成本太高，環(huán)境相容性不好而難以大規(guī)模應(yīng)用。
為降低高吸水材料的生產(chǎn)成本，改善其工藝性能和應(yīng)用性能，人們把高吸水材料與其他無(wú)機(jī)和有機(jī)物共聚或共混，制成了高吸水復(fù)合材料。這些復(fù)合材料基本上保持了原來(lái)高分子材料的吸水保水性能，而且在凝膠強(qiáng)度、耐鹽性、生產(chǎn)成本等方面還有所改進(jìn)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高吸水性、高含鉀量、成本低的高吸水復(fù)合材料及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高吸水復(fù)合材料，其特征在于它主要由粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑原料組成，粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％-1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％-60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％-0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40-100摩爾百分比；所述的粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm。
粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的30％-55％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的30％-55％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.05％-0.75％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的10％-55％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.005％-0.25％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為50-100摩爾百分比。
上述一種高吸水復(fù)合材料的制備方法其特征在于包括如下步驟1).粉煤灰的預(yù)處理采用800℃煅燒粉煤灰2-8小時(shí)除炭，煅燒后粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；伊利石的預(yù)處理伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；2).選取原料按粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％-1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％-60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％-0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40-100摩爾百分比(說(shuō)明若中和度為100摩爾百分比，則氫氧化鈉與丙烯酸剛好全部反應(yīng)；若中和度小于100摩爾百分比，則丙烯酸剩余；若中和度大于100摩爾百分比，則氫氧化鈉剩余)，選取粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑備用；3).將氫氧化鈉溶液緩慢滴加到丙烯酸單體溶液中，調(diào)整到中和度為40-100摩爾百分比為止，同時(shí)攪拌使其充分混合溶解；加入丙烯酰胺，溶解后再加入交聯(lián)劑，混合均勻后再加入預(yù)處理后的粉煤灰、伊利石，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行分散，得混合溶液；4).將水溶性自由基聚合引發(fā)劑加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于50-80℃水浴鍋中反應(yīng)2-8小時(shí)，聚合產(chǎn)物經(jīng)60-120℃條件下干燥至含水量小于10％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
浴鍋中反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)(優(yōu)選)，聚合產(chǎn)物經(jīng)溫度70-110℃(優(yōu)選)條件下干燥。
本發(fā)明采用丙烯酸、丙烯酰胺與粉煤灰、伊利石為原料合成高吸水復(fù)合材料，主要特點(diǎn)是丙烯酸無(wú)毒無(wú)味，易溶于水，可與各種堿發(fā)生中和反應(yīng)，制成的材料吸水倍率高，保水能力強(qiáng)，是吸水材料中使用量最大的一種原料，但純丙烯酸制成的高吸水樹脂成本太高，抗鹽性不好，生物相容性差；加入丙烯酰胺可以降低成本，提高產(chǎn)品抗鹽性；粉煤灰具有一定的吸水能力，與土壤水分相比，粉煤灰水分更易被植物利用；中國(guó)已成為世界最大的排灰國(guó)，粉煤灰加劇了對(duì)環(huán)境的污染；從“植物→煤→粉煤灰”的轉(zhuǎn)化過(guò)程看出，粉煤灰繼承了古代植物中多種養(yǎng)分元素，可明顯改良土壤理化性質(zhì)；粉煤灰種植的作物不會(huì)危害人體健康。我國(guó)伊利石原料不僅儲(chǔ)量大、成本低，而且作為層狀硅酸鹽粘土礦物，本身就有吸水性伊利石粉體表面存在許多羥基、結(jié)構(gòu)殘缺和活性點(diǎn)，具有極大的化學(xué)活性；其極大的比表面積、較長(zhǎng)的纖維，可以提高伊利石粉體和樹脂的復(fù)合強(qiáng)度；同時(shí)，復(fù)合材料制備所用伊利石含鉀量高(層間鉀)，使用該復(fù)合材料可能改善土壤的缺鉀狀況。
1.粉煤灰粉煤灰是燃煤熱電廠燃煤鍋爐廢氣中排放的固體粉狀廢渣，也叫飛灰(fly ash)。在熱電廠燃煤鍋爐煤粉燃燒過(guò)程中，煤的組成中的灰份部分因不能燃燒而留下來(lái)，少部分呈燒結(jié)態(tài)，通過(guò)爐蓖子卸出，稱為爐渣，大部分由于粒度較細(xì)，與未燃的炭粒一起隨廢氣排出，這部分塵粒經(jīng)煙道收塵收得，稱為粉煤灰。
根據(jù)國(guó)土資源部中南礦產(chǎn)監(jiān)督控測(cè)中心對(duì)粉煤灰分析報(bào)告(報(bào)告編號(hào)A05065)，粉煤灰化學(xué)成分如表1所示，從中可知，此粉煤灰含有1.50％的氧化鉀。
表1 粉煤灰的化學(xué)全分析

粉煤灰的X-衍射如圖1。根據(jù)衍射圖可判斷此粉煤灰粉煤灰的X-衍射如圖1。根據(jù)衍射圖可判斷此粉煤灰主要是由莫來(lái)石，石英，赤鐵礦和磁鐵礦構(gòu)成。
本發(fā)明所采用的粉煤灰，根據(jù)細(xì)度和燒失量分類，應(yīng)屬于II級(jí)粉煤灰。根據(jù)CaO的含量分類，應(yīng)屬于低鈣F類粉煤灰。根據(jù)pH值分類，應(yīng)屬于中性略偏向堿性粉煤灰。
要成功制備高吸水復(fù)合材料，并提高其吸水倍率，必須對(duì)粉煤灰進(jìn)行預(yù)處理炭是親油疏水性物質(zhì)，本發(fā)明采用800℃煅燒粉煤灰2-8h除炭，煅燒后粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm。
2.伊利石伊利石粘土(Illite clay)是以含伊利石礦物為特征的粘土。伊利石是一種常見(jiàn)的粘土礦物，從礦物學(xué)意義上講，伊利石系指呈膠體分散狀態(tài)的水白云母，但一般已將伊利石視為水白云母的同義詞，屬于富鉀的硅酸鹽粘土礦物，因最早發(fā)現(xiàn)于美國(guó)的伊利諾斯州而得名。化學(xué)式為K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5O20](OH)4，其中水含量變化較大。
伊利石是2∶1型(TOT)二八面體礦物，即兩層Si-O四面體片(T)和Al-(O，OH)6八面體片(O)組成的三層結(jié)構(gòu)。單斜晶系，C2/c空間群。和蒙脫石的結(jié)構(gòu)類似，不同的是Si-O四面體中大約有1/6的Si4+被Al3+離子取代，為平衡多余的負(fù)電荷，結(jié)構(gòu)中有將近有1-1.5個(gè)K+進(jìn)入結(jié)構(gòu)單位層之間。K+離子處于上下兩個(gè)硅氧四面體六節(jié)環(huán)的中心，相當(dāng)于結(jié)合成配位數(shù)為12的K-O配位多面體。因此層間的結(jié)合力較牢固，但相對(duì)于層內(nèi)的結(jié)合力仍較弱，在平行于ab面的方向易解理。
伊利石礦物發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，而伊利石礦物的勘察和開(kāi)發(fā)利用約始于70年代。伊利石自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，國(guó)外研究較多，中國(guó)對(duì)其研究起步較晚，因此在開(kāi)發(fā)利用方面滯后于其它國(guó)家。進(jìn)入80年代后，我國(guó)開(kāi)始伊利石地質(zhì)找礦工作，發(fā)現(xiàn)伊利石礦床(點(diǎn))數(shù)十處，主要分布于我國(guó)的吉林、浙江、河南等省。
伊利石是近年來(lái)才得以開(kāi)發(fā)利用的礦物。伊利石具有良好的吸附性、細(xì)膩性、易碎性和白度，在陶瓷、塑膠、造紙、化肥、冶金、農(nóng)牧業(yè)及環(huán)境保護(hù)行業(yè)中有廣泛的用途，是應(yīng)用前景廣闊的粘土礦物之一。因此，化工、建材、地質(zhì)及冶金等部門對(duì)其均較重視，新礦產(chǎn)地不斷被發(fā)現(xiàn)，資源量逐年增加。
本發(fā)明采用的伊利石來(lái)自浙江溫州，其X射線衍射結(jié)如圖2，化學(xué)成分分析見(jiàn)表2。
X射線衍射結(jié)果表明此伊利石主要是由伊利石、長(zhǎng)石、方解石和石英構(gòu)成，原礦中含伊利石90％以上；伊利石的特征層間距為1.013±0.001nm?；瘜W(xué)成分分析可知，此伊利石含有9.30％的氧化鉀，K2O含量較高，有利于改善土壤的缺鉀狀況。伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm。
表2 伊利石原礦的化學(xué)分析結(jié)果

3.丙烯酸丙烯酸是聚合反應(yīng)的單體，需要經(jīng)過(guò)減壓蒸餾除去阻聚劑。丙烯酸可以以部分地或全部地用氫氧化鈉溶液中和的形式使用。中和度為40-100％(摩爾百分比)。
4.水溶性自由基聚合引發(fā)劑適合此類聚合的水溶性自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鹽，如過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨中的任意一種。這些水溶性引發(fā)劑可以混合使用，也可以和還原性物質(zhì)如亞鐵離子、亞硫酸鈉等配合成氧化還原體系使用，配合使用時(shí)各成分配比由化學(xué)方程式的計(jì)量關(guān)系確定。引發(fā)劑用量較小時(shí)，反應(yīng)活性中心少，反應(yīng)速率慢，甚至于不反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率和交聯(lián)度均低，故吸水倍率低；引發(fā)劑用量過(guò)多時(shí)，反應(yīng)活性中心多，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也高，但生成的聚合物的分子量較小，不利于形成大分子網(wǎng)絡(luò)，吸水率相應(yīng)也低。引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％-1％，優(yōu)選0.05％-0.75％。
5.丙烯酰胺聚丙烯酸鈉吸水主要靠-COO-陰離子親水基和滲透壓，具有很好的吸水效果，但離子型親水基對(duì)鹽溶液中離子濃度的敏感性高，而本發(fā)明主要是針對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用，因此提高本吸水材料的耐鹽性是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。丙烯酰胺含有非離子型親水基團(tuán)，可以大量吸水，且受離子濃度的影響小。它的加入能形成丙烯酸/丙烯酰胺二元共聚型高吸水保水材料，這樣能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)丙烯酸系高吸水材料耐鹽性能差等缺陷，另外，引入丙烯酰胺單體還能降低原料成本，因此本研究中采用丙烯酸/丙烯酰胺二元共聚。但是，在蒸餾水和自來(lái)水的環(huán)境中，聚丙烯酰胺的吸水能力又不及聚丙烯酸鈉。丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％-60％，優(yōu)選10％-55％。
6.交聯(lián)劑本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑至少含二個(gè)可聚合的基團(tuán)。典型的交聯(lián)劑有雙丙烯酰胺如N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，此類交聯(lián)劑使高吸水性復(fù)合材料在體相形成交聯(lián)或輕度交聯(lián)以提高高吸水性復(fù)合材料的凝膠強(qiáng)度。高吸水復(fù)合材料是一種微交聯(lián)型樹脂，既要求樹脂在水中不溶解，又要求樹脂有高的吸水率。高密度交聯(lián)的吸水材料，網(wǎng)絡(luò)孔徑小，沒(méi)有水進(jìn)入的余地，吸水能力很低。交聯(lián)密度低，網(wǎng)絡(luò)孔徑大，水分子容易滲入復(fù)合材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使復(fù)合材料膨脹，進(jìn)一步親水而凝膠化，成為高吸水性狀態(tài)。但交聯(lián)密度不能太低，否則就會(huì)溶解于水。因此，最好是在不溶于水的情況下處于最低交聯(lián)度的狀態(tài)，才有可能使高吸水性復(fù)合材料具有最佳的吸水性能。交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％-0.5％，優(yōu)選0.005％-0.25％。
7.制備方法與聚合反應(yīng)條件稱取丙烯酸單體溶液于燒杯中，按40-100摩爾百分比中和度將氫氧化鈉溶液緩慢滴加到丙烯酸中同時(shí)攪拌使其充分混合溶解，然后加入丙烯酰胺，充分溶解后再加入交聯(lián)劑，待交聯(lián)劑混合均勻后再加入伊利石和粉煤灰，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行分散。分散可以采用高速攪拌機(jī)、膠體磨、超聲波等方法。若采用超聲分散法，超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘。稱取所需量的引發(fā)劑加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于50-80℃水浴鍋中反應(yīng)2-8小時(shí)，不斷觀察，待反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于98％后將成品取出并碎成顆粒后置于干燥箱中烘干至含水量小于10％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
在本發(fā)明中，采用如下方法測(cè)定和技術(shù)吸蒸餾水、自來(lái)水、0.9％的NaCl溶液的吸液倍率稱取0.1-1.0克充分干燥的粉狀材料置于100-1000毫升燒杯中，分別加入100-900毫升的蒸餾水或自來(lái)水或稱取0.1-1.0克充分干燥的粉狀材料置于100毫升燒杯中加入50毫升的0.9％的NaCl溶液，在室溫下靜置吸水48小時(shí)使其充分吸液，然后取出放在金屬篩網(wǎng)將重力水濾去，稱出凝膠質(zhì)量。按如下公式計(jì)算吸液倍率吸液倍率＝(凝膠質(zhì)量-干燥材料質(zhì)量)/干燥材料質(zhì)量本發(fā)明通過(guò)采用丙烯酸、丙烯酰胺和伊利石、粉煤灰為原料，通過(guò)上述的工藝路線合成能夠充分復(fù)合、原材料成本較低、高含鉀量、有較強(qiáng)吸液能力、有較簡(jiǎn)單的制造工藝、能夠提高高吸水樹脂與環(huán)境的相容性，本發(fā)明制得的高吸水復(fù)合材料適用于農(nóng)田抗旱保水、作物保苗增產(chǎn)、沙漠荒地治理。
本發(fā)明制得的高吸水復(fù)合材料，原材料成本比聚丙烯酸鈉下降30％-80％。正交實(shí)驗(yàn)測(cè)得本發(fā)明的高吸水性復(fù)合材料的吸液倍率范圍為吸蒸餾水的倍率為1400-1700，吸自來(lái)水的倍率為250-500，吸0.9％的NaCl溶液的倍率為70-120，具有高吸水性。


圖1是本發(fā)明的粉煤灰的X-衍射圖，圖2是本發(fā)明的伊利石的X-衍射圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1稱取4g丙烯酸單體溶液于燒杯中，按中和度80％(摩爾百分比)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％的氫氧化鈉溶液7.11克緩慢滴加到丙烯酸中，同時(shí)攪拌使其充分混合，然后加入丙烯酰胺1.20克，充分溶解后再加入N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺0.0016克，混合均勻后再加入伊利石1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)和粉煤灰1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行超聲分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)。然后稱取過(guò)硫酸鉀0.0120克加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于70℃水浴鍋中反應(yīng)2-8小時(shí)，不斷觀察，待反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于98％后將成品取出并碎成顆粒后置于70℃干燥箱中烘干12小時(shí)至含水量為1-9％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
實(shí)施例2稱取4g丙烯酸單體溶液于燒杯中，按中和度90％(摩爾百分比)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％的氫氧化鈉溶液8.00克緩慢滴加到丙烯酸中，同時(shí)攪拌使其充分混合，然后加入丙烯酰胺2.00克，充分溶解后再加入N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺0.0016克，混合均勻后再加入伊利石1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)和粉煤灰1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行超聲分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)。然后稱取過(guò)硫酸鉀0.0040克加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于70℃水浴鍋中反應(yīng)，不斷觀察，待反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于98％后將成品取出并碎成顆粒后置于70℃干燥箱中烘干12小時(shí)至含水量為1-9％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3稱取4g丙烯酸單體溶液于燒杯中，按中和度50％(摩爾百分比)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％的氫氧化鈉溶液4.44克緩慢滴加到丙烯酸中，同時(shí)攪拌使其充分混合，然后加入丙烯酰胺2.00克，充分溶解后再加入N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺0.0016克，混合均勻后再加入伊利石1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)和粉煤灰1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行超聲分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)。然后稱取過(guò)硫酸鉀0.0040克加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于70℃水浴鍋中反應(yīng)，不斷觀察，待反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于98％后將成品取出并碎成顆粒后置于70℃干燥箱中烘干12小時(shí)至含水量為1-9％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
實(shí)施例4稱取4g丙烯酸單體溶液于燒杯中，按中和度60％(摩爾百分比)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％的氫氧化鈉溶液5.33克緩慢滴加到丙烯酸中，同時(shí)攪拌使其充分混合，然后加入丙烯酰胺2.00克，充分溶解后再加入N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺0.0016克，混合均勻后再加入伊利石1.60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)和粉煤灰1. 60克(經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm)，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行超聲分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)。然后稱取過(guò)硫酸鉀0.0040克加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于70℃水浴鍋中反應(yīng)，不斷觀察，待反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于98％后將成品取出并碎成顆粒后置于70℃干燥箱中烘干12小時(shí)至含水量為1-9％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
實(shí)施例5一種高吸水復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟1).粉煤灰的預(yù)處理采用800℃煅燒粉煤灰2-8小時(shí)除炭，煅燒后粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；伊利石的預(yù)處理伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；2).選取原料按粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.005％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40摩爾百分比(丙烯酸剩余)，選取粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑備用；其中水溶性自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鈉，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺；3).將氫氧化鈉溶液緩慢滴加到丙烯酸單體溶液中，調(diào)整到中和度為40摩爾百分比為止，同時(shí)攪拌使其充分混合溶解；加入丙烯酰胺，溶解后再加入交聯(lián)劑，混合均勻后再加入預(yù)處理后的粉煤灰、伊利石，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)，得混合溶液；4).將水溶性自由基聚合引發(fā)劑加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于50℃水浴鍋中反應(yīng)2小時(shí)，聚合產(chǎn)物經(jīng)60℃條件下干燥至含水量小于1-9.99％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
實(shí)施例6一種高吸水復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟1).粉煤次的預(yù)處理采用800℃煅燒粉煤灰2-8小時(shí)除炭，煅燒后粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；伊利石的預(yù)處理伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；2).選取原料按粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為100摩爾百分比(氫氧化鈉與丙烯酸剛好全部反應(yīng))，選取粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑備用；其中水溶性自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)硫酸鈉和過(guò)硫酸銨，過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨的添加質(zhì)量各為丙烯酸的0.5％，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺；3).將氫氧化鈉溶液緩慢滴加到丙烯酸單體溶液中，調(diào)整到中和度為100摩爾百分比為止，同時(shí)攪拌使其充分混合溶解；加入丙烯酰胺，溶解后再加入交聯(lián)劑，混合均勻后再加入預(yù)處理后的粉煤灰、伊利石，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行分散(超聲波發(fā)生器的功率為200-4000瓦特，超聲波的頻率為100千赫-300兆赫，超聲時(shí)間為2-10分鐘)，得混合溶液；4).將水溶性自由基聚合引發(fā)劑加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于80℃水浴鍋中反應(yīng)8小時(shí)，聚合產(chǎn)物經(jīng)120℃條件下干燥至含水量小于1-9.99％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種高吸水復(fù)合材料，其特征在于它主要由粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑原料組成，粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％-1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％-60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％-0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40-100摩爾百分比；所述的粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高吸水復(fù)合材料，其特征在于粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的30％-55％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的30％-55％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.05％-0.75％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的10％-55％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.005％-0.25％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為50-100摩爾百分比。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高吸水復(fù)合材料的制備方法其特征在于包括如下步驟1).粉煤灰的預(yù)處理采用800℃煅燒粉煤灰2-8小時(shí)除炭，煅燒后粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；伊利石的預(yù)處理伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0-15.0μm，備用；2).選取原料按粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％-60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％-1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％-60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％-0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40-100摩爾百分比，選取粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑、交聯(lián)劑備用；3).將氫氧化鈉溶液緩慢滴加到丙烯酸單體溶液中，調(diào)整到中和度為40-100摩爾百分比為止，同時(shí)攪拌使其充分混合溶解；加入丙烯酰胺，溶解后再加入交聯(lián)劑，混合均勻后再加入預(yù)處理后的粉煤灰、伊利石，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行分散，得混合溶液；4).將水溶性自由基聚合引發(fā)劑加入到混合溶液中，攪拌均勻后將其置于50-80℃水浴鍋中反應(yīng)2-8小時(shí)，聚合產(chǎn)物經(jīng)60-120℃條件下干燥至含水量小于10％，再經(jīng)機(jī)械粉碎后即得產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高吸水復(fù)合材料的制備方法，其特征在于浴鍋中反應(yīng)時(shí)間為3-8小時(shí)，聚合產(chǎn)物經(jīng)溫度70-110℃條件下干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高吸水復(fù)合材料及其制備方法。一種高吸水復(fù)合材料，其特征在于它主要由粉煤灰、伊利石、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉溶液、水溶性自由基聚合引發(fā)劑和交聯(lián)劑原料組成，粉煤灰的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％－60％，伊利石的添加質(zhì)量為丙烯酸的20％－60％，水溶性自由基聚合引發(fā)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0.01％－1％，丙烯酰胺的添加質(zhì)量為丙烯酸的5％－60％，交聯(lián)劑的添加質(zhì)量為丙烯酸的0％－0.5％，氫氧化鈉溶液的添加質(zhì)量為中和丙烯酸后的中和度為40－100摩爾百分比；所述的粉煤灰經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0－15.0μm，伊利石經(jīng)振動(dòng)磨磨細(xì)到平均粒徑為5.0－15.0μm。本發(fā)明的產(chǎn)品具有高吸水性、高含鉀量、成本低、比聚丙烯酸鈉高吸水樹脂環(huán)境相容性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08K3/00GK1948386SQ20061012473
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者凌輝, 沈上越, 范力仁 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)