專利名稱：一種高吸水樹脂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、園藝及生活用品的高吸水樹脂的 制備方法，特別指以馬鈴薯淀粉、丙烯酸為主要原料來合成高吸水樹脂的制 備方法。
背景技術(shù)：
高吸水樹脂優(yōu)良的吸水性和保水性使其在許多領(lǐng)域內(nèi)都得到了應(yīng)用。一 次性尿布等衛(wèi)生用品是高吸水樹脂最早開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域，目前仍是高吸水樹 脂的最大消費(fèi)市場(chǎng)。將高吸水樹脂加入到土壤中，可以改變土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)， 增大土壤的透水性、透氣性，并可將加入的水儲(chǔ)存起來，在干旱地區(qū)土壤的 水分保持、沙漠防治方面具有誘人的前景?，F(xiàn)在日本和法國(guó)已將高吸水樹脂 用于中東和北非，實(shí)施沙漠變綠洲的計(jì)劃。將高吸水樹脂用于光纜、電纜上，
可以避免電纜破損時(shí)水的進(jìn)入，在該方面年需求增長(zhǎng)率為30%。
高吸水樹脂的合成原料豐富，生產(chǎn)工藝各異，制備方法很多。雖然我國(guó) 在高吸水樹脂的研究上取得了一定的成果，但與國(guó)外相比，差距還相當(dāng)大， 如樹脂的吸水倍數(shù)低、耐鹽性能差、吸水后的凝膠強(qiáng)度低、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、 產(chǎn)品成本高等。特別在吸水理論、吸水劑性能和應(yīng)用方面的研究還不多，工 業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的品種和數(shù)量還比較少，有許多工作需要人們深入去做。
高吸水樹脂吸水極強(qiáng),其吸水后溶漲為凝膠，當(dāng)受到外力擠壓時(shí)，水也不 易流失，具有優(yōu)良的保水性能。高吸水樹脂是一種新型的高分子材料。高吸 水樹脂作為一種功能高分子材料，誕生于20世紀(jì)60年代。在日本被譽(yù)為20世 紀(jì)90年代新技術(shù)之一。淀粉是較好的合成高吸水樹脂的原料之一。目前，用 淀粉合成的高吸水樹脂發(fā)展非常迅速。由于用改性淀粉制備的超強(qiáng)吸水劑具 有吸收倍率高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，所以改性淀粉在吸水劑中具有更廣闊的應(yīng)用 刖景。
淀粉是一種可再生、來源廣泛的天然高分子化合物。淀粉與丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等親水性烯類單體的接枝共聚物是目前高吸水樹脂市場(chǎng)中的 品種之一。由于淀粉價(jià)格低廉、生物降解性能好，在一次性使用的個(gè)人衛(wèi)生 品市場(chǎng)上相對(duì)其它合成系列有明顯的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高吸水樹脂的制備方法，這種制備 方法以馬鈴薯淀粉、丙烯酸、過硫酸鉀、氫氧化鈉為主要原料，經(jīng)合理配比， 通過一定的生產(chǎn)工藝過程而制得高吸水樹脂。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是由如下方案解決的 一種高吸水樹脂的制備 方法，其特征是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱分離或減壓蒸餾的方法 而達(dá)到除去其中阻聚劑的目的，在冰水浴冷卻下，用濃度為25%氫氧化鈉 溶液與丙烯酸進(jìn)行中和反應(yīng)，丙烯酸與氫氧化鈉固體的重量比是
1:0.11-0.52,馬鈴薯淀粉與去離子水以1:4~6的重量比混合，在60°C-70 "C溫度下進(jìn)行糊化，將中和后的丙烯酸及其鹽溶液和糊化后的馬鈴薯淀粉混 合，糊化馬鈴薯淀粉、丙烯酸鈉和丙烯酸的重量比是 1:0.26-1.21:0.80-0.07，并加入馬鈴薯淀粉重量的1. 0%—2. 0%過硫酸鉀做 引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌0.5-l小時(shí)，使混合物攪拌均勻之后，用水浴加 熱逐漸升溫直至溫度達(dá)到90°C-IO(TC，使馬鈴薯淀粉與丙烯酸及其鹽進(jìn)行接 枝共聚反應(yīng)，反應(yīng)過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，并使混合物在9(TC-IO(TC條件下 保溫反應(yīng)1-2小時(shí)，在4(TC-6(TC的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水 樹脂。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、用本方法制備的高吸水樹脂性能很好，最高吸去
離子水量在1100-1300倍，吸自來水量在300-500倍，吸生理鹽水量在 100-120倍，吸人工尿量在140-160倍，與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品相比，其吸水量 有了大大的提高。2、本方法以馬鈴薯淀粉為原料，由于馬鈴薯淀粉與其它 淀粉結(jié)構(gòu)不同，使其吸水量最高出現(xiàn)在中和度較低的30%-50%，而不是在較 高中和度出現(xiàn)，這樣就大大減少了氫氧化鈉的用量。馬鈴薯淀粉是產(chǎn)量非常 大的農(nóng)產(chǎn)品，這會(huì)給我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的深加工拓展出一條新的道路，從而增加農(nóng) 民收入。3、本制備方法中的原料配比、馬鈴薯淀粉糊化溫度、引發(fā)劑用量與其它產(chǎn)品的工藝均有顯著的不同,具體如下(l)反應(yīng)物的配比是指馬鈴薯 淀粉和丙烯酸的重量比。原料配比是影響吸水率的重要因素之一。這是因?yàn)?丙烯酸含量的多少直接影響接枝聚合物的分子量，從而影響產(chǎn)品的吸水性 能。另外，接枝共聚中空間位阻效應(yīng)和丙烯酸的自聚現(xiàn)象也會(huì)使產(chǎn)品的吸水 率降低。綜合考慮，最終馬鈴薯淀粉與丙烯酸重量比為l:4一6。 (2)淀粉的 糊化是指淀粉在適當(dāng)?shù)臏囟认?，在水中發(fā)生溶脹、分裂，形成均勻的糊狀溶 液。溫度過高會(huì)導(dǎo)致"老化"，在水中不易分散，使接枝率降低，吸水能力 下降；溫度過低則淀粉發(fā)生不了糊化作用。馬鈴薯淀粉比較適合的糊化溫度 是6(TC-7(TC。 (3)引發(fā)劑濃度增加，體系中自由基數(shù)目增多，加快了接枝聚 合反應(yīng)的速率，接枝率也相應(yīng)增加，故吸水率增加；但引發(fā)劑過量，產(chǎn)生過 多自由基易引起鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)，反而會(huì)使接枝率下降，即接枝鏈不易 增長(zhǎng)，聚合物分子量較小，大分子間作用力也小，在水分子作用下會(huì)部分溶 解，導(dǎo)致吸水率下降。因此釆用引發(fā)劑用量為淀粉量的1.0%-2.0%。
本高吸水樹脂碎后主要用于一次性使用的個(gè)人衛(wèi)生用品，同時(shí)還可以用 于水土保持方面等一些領(lǐng)域，因?yàn)檫@種高吸水樹脂還可以改變土壤的團(tuán)粒結(jié) 構(gòu)，增大土壤的透水性、透氣性，并可將雨水或灌溉水儲(chǔ)存起來，因此在干 旱地區(qū)土壤的水分保持、沙漠防治方面可起到很大的作用。


圖1是本發(fā)明高吸水樹脂的制備工藝流程圖
圖2是中和度對(duì)產(chǎn)品吸去離子水率影響的曲線圖
圖3是中和度對(duì)產(chǎn)品吸自來水率影響的曲線圖
圖4是中和度對(duì)產(chǎn)品吸生理鹽水率影響的曲線圖
圖5是高吸水樹脂吸水速率的曲線圖
圖6是高吸水樹脂耐鹽性的曲線圖
圖7時(shí)中和度為30%高吸水樹脂的紅外光譜(IR)圖
以中和度為30%的高吸水樹脂為例，經(jīng)由NEXUStm670 FT-IR E.S.P型紅外
光譜儀測(cè)定。IR光譜主要吸收峰(o/cm"): 3473.97 (非常強(qiáng))，2932.83， 2519.77， 1973.30，
1718.84 (強(qiáng))，1562.58， 1454.22 ， 1409.80 ， 1262,24， 1164.36， 1077.23， 1022.35，
922.77， 806.78， 764.36， 617.82， 574.26， 515.98， 423.76。
以中和度為30%的高吸水樹脂為例，經(jīng)德國(guó)Elementar Vario ELIII型元素分析儀
器測(cè)定，產(chǎn)品的含量為N%=0.000，C%=41.58,H%=5.159。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:稱量5.0g氫氧化鈉，量取15.0ml去離子水，配制25%的氫氧 化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和30.0g (28.6ml)丙烯酸。稱 量5.0g馬鈴薯淀粉，量取25.0ml去離子水，混合均勻，于65"C水浴中糊化， 后冷卻至室溫，加入80.4mg過硫酸鉀引發(fā)劑和已中和的丙烯酸及其鹽的溶液， 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r(shí)，使其混合均勻。同時(shí)控制加熱速度，使水 浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)溫度達(dá)到9(TC時(shí)停止攪拌。此后逐漸升 溫當(dāng)水浴溫度為9(TC-IO(TC，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)l-2小時(shí)，停 止通氮?dú)猓鋮s至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪成小塊，于40。C-5(TC的烘箱中 烘干至恒重，粉碎，即得中和度為30%的高吸水樹脂。
實(shí)施例2:稱量8.3g氫氧化鈉，量取25. Oml去離子水，配制25%的氫氧 化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和30.0g (28.6ml)丙烯酸。稱 量5.0g馬鈴薯淀粉，量取25.0ml去離子水，混合均勻，于66'C水浴中糊化， 后冷卻至室溫，加入78.6mg過硫酸鉀引發(fā)劑和已中和的丙烯酸及其鹽的溶液， 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于室溫?cái)嚢璋胄r(shí)，使其混合均勻。同時(shí)控制加熱速度，使水 浴溫度緩慢升高，使反應(yīng)充分進(jìn)行，當(dāng)溫度達(dá)到9(TC時(shí)停止攪拌。此后逐漸升 溫當(dāng)水浴溫度為9(TC-100°C，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)l-2小時(shí)，停 止通氮?dú)猓鋮s至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪成小塊，于40°C-5(TC的烘箱中 烘干至恒重，粉碎，即得中和度為50%的高吸水樹脂。
權(quán)利要求
1、一種高吸水樹脂的制備方法，其特征是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱分離除去其中的阻聚劑，在冰水浴冷卻下，用濃度為25％氫氧化鈉溶液與丙烯酸進(jìn)行中和反應(yīng)，丙烯酸與氫氧化鈉固體的重量比是1∶0.11-0.52，馬鈴薯淀粉與去離子水以1∶4-6的重量比混合，在60℃-70℃溫度下進(jìn)行糊化，將中和后的丙烯酸及其鹽溶液和糊化后的馬鈴薯淀粉混合，糊化馬鈴薯淀粉、丙烯酸鈉和丙烯酸的重量比是1∶0.26-1.21∶0.80-0.07，并加入馬鈴薯淀粉重量的1.0％-2.0％過硫酸鉀做引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌0.5-1小時(shí)，使混合物攪拌均勻之后，用水浴加熱逐漸升溫直至溫度達(dá)到90℃-100℃，使馬鈴薯淀粉與丙烯酸及其鹽進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，反應(yīng)過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，并使混合物在90℃-100℃條件下保溫反應(yīng)1-2小時(shí)，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高吸水樹脂的制備方法，主要工藝過程是將丙烯酸通過中性氧化鋁的色譜柱除去阻聚劑，在冰水浴下，氫氧化鈉與丙烯酸進(jìn)行中和反應(yīng)，馬鈴薯淀粉與去離子水混合、糊化，將中和后的丙烯酸及其鹽溶液和糊化后的馬鈴薯淀粉混合，并加入引發(fā)劑過硫酸鉀，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌均勻后，加熱升溫使馬鈴薯淀粉與丙烯酸及其鹽在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，使混合物保溫反應(yīng)，烘干、粉碎，即得高吸水樹脂。本方法制備的高吸水樹脂性能很好，與同類產(chǎn)品相比，其吸水量有了大大的提高。本方法以馬鈴薯淀粉為原料，這給農(nóng)產(chǎn)品的深加工拓展出一條新的道路。本方法制備的高吸水樹脂可用于一次性衛(wèi)生用品，還可改變土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增大其透水性、透氣性，在干旱地區(qū)土壤的水分保持、沙漠防治方面有很大的作用。
文檔編號(hào)C08F251/00GK101302269SQ20071009743
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者劉潤(rùn)花, 張瑋琦, 佳 李, 溫國(guó)華, 目仁更 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古大學(xué)