羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法,主要工藝是在冰水浴冷卻下，用氫氧化鈉溶液與除去阻聚劑的丙烯酸進行中和反應，將中和后的溶液加入盛有羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N,N＇-亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水的反應容器中充分混合均勻，在氮氣保護下攪拌，水浴加熱，當升溫至25-45℃時停止攪拌，在沸水浴中保溫2h，然后停止通氮氣，將產(chǎn)品取出剪成小塊，在40℃-60℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得產(chǎn)品。本方法制備的高吸水樹脂與市場上的吸水樹脂相比，其吸水量有了大大的提高且制備成本低，在干旱地區(qū)土壤的水分保持、沙漠防治和農(nóng)林園藝等方面有很好的應用前景。
【專利說明】羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等領域高吸水樹脂的制備方法。高吸水樹脂已廣泛應用于上述領域，本發(fā)明的產(chǎn)品由于合理利用廢棄的馬鈴薯渣，大大降低了成本，且應用氧化還原引發(fā)劑大大降低了聚合溫度，使得制備的高吸水樹脂成本低，同時產(chǎn)品優(yōu)良的性能使其在上述領域有廣闊的應用前景。

【背景技術(shù)】
[0002]高吸水性樹脂是近年來迅速發(fā)展起來的一種功能高分子材料，它不但具有很高的吸水量，而且吸水后即使在加壓的情況下也不易失水，因而廣泛應用于農(nóng)業(yè)、園林及沙漠治理等領域。
[0003]淀粉系和纖維素系高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等方面發(fā)揮著重要作用，它可以增強土壤吸水和保水的能力，改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)，使土壤疏松從而使土壤的透氣性、土壤的晝夜溫差都得到改善。還可提高土壤肥力，增強植物的抗旱能力。作為土壤保水劑，它能在土壤水量豐富時吸收大量的水，而當土壤缺水時又能釋放出水，如同在植物根部形成一個小水庫，不斷供給植物所需的水分。同時大大減少體表水分蒸發(fā)，在農(nóng)作物上應用的直接效果是提高土壤的保水能力。
[0004]馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢棄馬鈴薯渣，一般每噸淀粉產(chǎn)生7.5噸廢渣，如不加以回收利用，不僅造成資源的浪費，而且造成嚴重的環(huán)境污染。廢棄的馬鈴薯渣含有豐富的淀粉和纖維素，一般馬鈴薯渣干基中淀粉和纖維素含量分別在37%和17%左右，如果能充分利用這些淀粉和纖維素制備高吸水樹脂，不僅能減少環(huán)境污染，還能有效利用資源，將會具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法，這種制備方法主要以羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、丙烯酰胺、氫氧化鈉、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺等為原料，經(jīng)合理配比，通過一定的工藝過程制得高吸水樹脂。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)問題是由如下方案解決的:羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法，其特征是:配制氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和除去阻聚劑的丙烯酸，羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、氫氧化鈉的質(zhì)量比是1:2-20:
0.23-6.56，將中和后的丙烯酸及其鈉鹽、羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺與50ml去離子水混合，攪拌1.0小時，其中羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺、體系總?cè)ルx子水的質(zhì)量比為 1:2.0-20.0:0.5-5.0:0.050-0.250:0.0385-0.1925:0.020-0.040:55.0-95.0,在氮氣的保護下，水浴加熱并攪拌，溫度達到25-45°C時停止攪拌，在沸水浴中保溫1-2小時，然后停止通氮氣，將產(chǎn)品取出，剪切成小塊，在40°C -60°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水樹脂。
[0007]上述技術(shù)方案所述的羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法，其中體系總?cè)ルx子水的質(zhì)量為配制氫氧化鈉溶液、溶解羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺所需去離子水的總和。
[0008]上述技術(shù)方案所述羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法中羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺、體系總?cè)ルx子水的質(zhì)量比為 1:2.0-20.0:0.5-5.0:0.050-0.250:0.0385-0.1925:0.020-0.040:55.0-95.0，優(yōu)選配比為 1:8.0-17.5:2.0-3.5:0.100-0.200:0.077-0.154:0.025-0.035:65.0-85.0。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:1、該產(chǎn)品的吸水速率比較快，吸水率高，最高達1550g/g，已遠遠高出了市場上銷售的高吸水樹脂。2、該產(chǎn)品以羧甲基馬鈴薯渣為原料，使其最高吸水量出現(xiàn)在丙烯酸中和度較高的70%和80%，這樣就使產(chǎn)品的成本大大降低。3、由于羧甲基馬鈴薯渣制備方法簡單，原料馬鈴薯渣成本非常低，使得樹脂的合成成本大大降低。4、由于羧甲基馬鈴薯渣具有較好的溶解性，在冷水中就能溶解，免去了傳統(tǒng)制備高吸水樹脂使用淀粉為原料時淀粉糊化的繁瑣步驟，使得合成工藝簡單。5.本方法使用的引發(fā)劑是過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉形成的氧化還原引發(fā)劑，能顯著降低引發(fā)溫度，且引發(fā)反應緩和，大大節(jié)約成本，降低了對設備的要求。
[0010]本發(fā)明羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備的高吸水樹脂主要應用于農(nóng)、林、牧業(yè)，同時還可以用于水土保持，高吸水樹脂可以改變土壤的團粒結(jié)構(gòu)，增大土壤的透水性、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，并且還可以為植物提供其生長所必需的氮元素。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的制備工藝流程圖；
圖2是羧甲基馬鈴薯渣與總單體(其中丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比為4:1)質(zhì)量比對高吸水樹脂吸水率的影響曲線；
圖3是丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比對高吸水樹脂吸水率的影響曲線(固定母體與總單體比 1:5);
圖4是丙烯酸的中和度對高吸水樹脂吸水率的影響曲線(固定母體與總單體比1:5，丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比1:4);
圖5是交聯(lián)劑用量對高吸水樹脂吸水率的影響曲線(固定母體與總單體比1:5，丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比1:4，丙烯酸中和度80%)；
圖6是氧化還原引發(fā)劑用量對高吸水樹脂吸水率的影響曲線(固定母體與總單體比1:5，丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比1:4，丙烯酸中和度80%，交聯(lián)劑用量25mg)；
圖7是體系含水量對高吸水樹脂吸水率的影響曲線(固定母體與總單體比1:5，丙烯酸與丙烯酰胺質(zhì)量比1:4,丙烯酸中和度80%,交聯(lián)劑用量25mg,氧化還原引發(fā)劑10mg)；
圖8是以實施例2為例的高吸水樹脂的紅外譜圖。

【具體實施方式】
[0012]實施例1:稱量5.0Og氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和12.86g(12.25ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
2.14g丙烯酰胺、125.0Omg過硫酸鉀、96.25mg亞硫酸氫鈉、25.0Omg N, N ;-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至35-40°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達1550g/g。
[0013]實施例2:稱量5.21g氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和10.42g (9.92ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
2.08g丙烯酰胺、100.0Omg過硫酸鉀、77.0Omg亞硫酸氫鈉、25.0Omg N, N ;-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液加入到反應器中，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至40-45°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達1365g/g。
[0014]實施例3:稱量6.56g氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和13.13g (12.5ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、4.38g丙烯酰胺、125.0Omg過硫酸鉀、96.25mg亞硫酸氫鈉、30.0Omg N, N '-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至35-40°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達1300g/g。
[0015]實施例4:稱量6.22g氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和14.00g( 13.33ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
3.50g丙烯酰胺、150.0Omg過硫酸鉀、115.50mg亞硫酸氫鈉、25.0Omg N, N '-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至30-35°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達1250g/g。
[0016]實施例5:稱量5.0Og氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和15.00g( 14.29ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
2.50g丙烯酰胺、100.0Omg過硫酸鉀、77.0Omg亞硫酸氫鈉、35.0Omg N, N ;-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至40-45°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達1125g/g。
[0017]實施例6:稱量2.66g氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和12.0OgCll.40ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
3.0g丙烯酰胺、100.0Omg過硫酸鉀、77.0Omg亞硫酸氫鈉、30.0Omg N, N '-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高，當溫度升高至40-45°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達890g/g。
[0018]實施例7:稱量3.1lg氫氧化鈉，量取20.0ml去離子水，配制成氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻及攪拌的條件下，中和14.00g( 13.30ml)丙烯酸。稱取2.50g羧甲基馬鈴薯渣、
2.50g丙烯酰胺、100.0Omg過硫酸鉀、77.0Omg亞硫酸氫鈉、30.0Omg N, N ;-亞甲基雙丙烯酰胺，量取35.0ml去離子水，全部加入到反應器中，并將已制得的丙烯酸及其鈉鹽溶液倒入反應器，于室溫下攪拌1.0h，使其混合均勻。在氮氣的保護下攪拌、加熱，同時控制加熱速度，使水浴溫度緩慢升高 ，當溫度升高至40-45°C時停止攪拌，此后逐漸升溫，當水浴中的水達到沸騰后，繼續(xù)加熱使其在該溫度范圍內(nèi)反應l_2h，停止通氮氣，冷卻至室溫。將產(chǎn)品取出，將其剪切成小塊，于40°C -60°C烘箱中烘干，經(jīng)粉碎即得丙烯酸的中和度為90%的高吸水樹脂，吸水量達590g/g。
[0019]以實施例2所得的產(chǎn)品為例，紅外光譜經(jīng)由NEXUStm 670 FT-1R E.S.P型紅外光譜儀測定結(jié)果如圖8所示。
[0020]經(jīng)德國Elementar Var1 ELIII型元素分析儀器測定，以實施例2的產(chǎn)品為例元素含量為:N%=3.80, C%=39.50，H%=5.343。
【權(quán)利要求】
1.羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法，其特征是:配制氫氧化鈉溶液，在冰水浴冷卻下，用配制好的氫氧化鈉溶液中和除去阻聚劑的丙烯酸，其中羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸與氫氧化鈉的重量比為1:2-20:0.23-4.44，將中和后的丙烯酸及其鈉鹽、羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺與50ml去離子水混合，攪拌1.0小時，其中羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺、體系總?cè)ルx子水的重量比為1:2.0-20.0: 0.5-5.0: 0.050-0.250:0.0385-0.1925:0.020-0.040:55.0-95.0，在氮氣的保護下，水浴加熱并攪拌，當溫度升至25-45°C時停止攪拌，在沸水浴中保溫1-2小時，然后停止通氮氣，將產(chǎn)品取出，剪切成小塊，在40°C-60°C的烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得高吸水樹脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法中羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酸、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺、體系總?cè)ルx子水的重量比為 1:2.0-20.0:0.5-5:0.050-0.250:0.0385-0.1925:0.020-0.04 0:55.0-95.0,總配比優(yōu)選 1:8.0-17.5:2.0-3.5:0.100-0.200:0.077-0.154:0.025-0.035:65.0-85.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1羧甲基馬鈴薯渣接枝共聚制備高吸水樹脂的方法，總?cè)ルx子水量為配制氫氧化鈉溶液和溶解羧甲基馬鈴薯渣、丙烯酰胺、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉、N，N '-亞甲基雙丙烯酰胺所用的去離子水的總量。
【文檔編號】C08F220/56GK104072669SQ201410319542
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】溫國華, 楊永啟, 馮凱, 李繼萍, 付淵, 王曉莉, 陳超, 柳青, 周碩碩, 馬賀成, 趙紅霞 申請人:內(nèi)蒙古大學