專(zhuān)利名稱(chēng)：室溫聚合高吸水樹(shù)脂的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高吸水樹(shù)脂的合成方法。
近年來(lái)，高吸水樹(shù)脂在沙漠綠化、植樹(shù)造林和農(nóng)業(yè)保水等許多領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段，降低生產(chǎn)成本的新合成方法不斷出現(xiàn)，輻射法合成高吸水樹(shù)脂已實(shí)現(xiàn)室溫聚合，不受鈷源限制、普遍采用的化學(xué)法合成高吸水樹(shù)脂，不需水浴、空氣等外加熱方式，在室溫下完成聚合全過(guò)程的室溫聚合，尚未見(jiàn)到取得突破性進(jìn)展的報(bào)道。中國(guó)專(zhuān)利89101086.6公開(kāi)了題為“高吸水材料合成的方法”，該方法以膨潤(rùn)土和丙烯酰胺為原料，過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑中的氧化組分，五水亞硫酸鈉為引發(fā)劑中還原組分，再加入交聯(lián)劑并充分?jǐn)嚢?，在室溫下聚?0分鐘，置于恒溫箱中50～70℃聚合1～4小時(shí)，得到凝膠聚合物；該發(fā)明由于在丙烯酰胺體系中加入膨潤(rùn)土，大幅度提高固含量，降低原料成本；并且室溫預(yù)聚合20分鐘，全部聚合時(shí)間不超過(guò)4小時(shí)20鐘，比通常水浴聚合4～8小時(shí)降低了能耗，原料成本和加工成本的降低，使產(chǎn)品在農(nóng)、林等行業(yè)中競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，無(wú)疑是一個(gè)可取的工藝；但是，該方法不盡人意之處其一在于由于主料丙烯酰胺和膨潤(rùn)土均為堿性，水凝膠呈堿性，農(nóng)、林等用戶(hù)難以直接使用；其二在于聚合全過(guò)程仍主要需外加熱，室溫聚合比例小，如果聚合全過(guò)程均為室溫聚合，這部分在生產(chǎn)全過(guò)程中僅次于烘干的第二大能耗可以降低到零，加工成本得到大幅度降低。
本發(fā)明的目的是提供一種室溫聚合高吸水樹(shù)脂的合成方法。該方法是在直徑不超過(guò)180mm圓柱形聚合器中，加入單組分引發(fā)劑引發(fā)，氯化鉀產(chǎn)生鹽效應(yīng)控制膨潤(rùn)土中金屬離子溶出，利用自身產(chǎn)生聚合熱，室溫下完成丙烯酸-淀粉-膨潤(rùn)土接枝共聚全過(guò)程，制品水凝膠呈中性，農(nóng)林用戶(hù)直接可用，吸水倍率可滿足農(nóng)林用戶(hù)需要。
本發(fā)明通過(guò)調(diào)解體系中酸度、膨潤(rùn)土加入量、氯化鉀產(chǎn)生的鹽效應(yīng)來(lái)獲得膨潤(rùn)土在酸性介質(zhì)中，金屬離子合適的溶出量，由此控制聚合速度和交聯(lián)密度，達(dá)到不爆聚或交聯(lián)密度過(guò)大，又可順利引發(fā)和良好聚合的目的，最終保證吸水倍率最小值達(dá)到用戶(hù)可接受的程度。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)另一措施是僅加入引發(fā)劑中氧化組分，不再加入諸如亞硫酸鈉等還原組分，控制聚合速度為緩慢勻速聚合；本發(fā)明控制聚合速度和交聯(lián)密度的輔助措施是調(diào)節(jié)圓柱形聚合器外形尺寸，使物料自身產(chǎn)生的聚合熱即不全部散失，也不因積累過(guò)多而過(guò)熱，形成利于獲得相對(duì)較高和相對(duì)穩(wěn)定吸水倍率的熱平衡溫度分布。
本發(fā)明的合成步驟如下分別配制六種組分，組分1為(重量百分比，以下同)1.42～1.57％氫氧化鈉水溶液中加入膨潤(rùn)土，配制成含膨潤(rùn)土15.48～17.84％的漿狀物；組分2為在4.76～7.84％氯化鉀水溶液中攪入淀粉，配制成含淀粉34.38～38.05％的淀粉鹽水溶液；組分3是使15～18.29％氫氧化鈉水溶液與45.24～54.76％丙烯酸水溶液發(fā)生中和反應(yīng)，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸32.87～44.53％；組分4為純丙烯酸溶液；組分5為0.74～0.99％過(guò)硫酸銨水溶液；組分6為0.45～0.99％的NN′-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液，在攪拌下將各組分按照1～6順序加入混料反應(yīng)器，組分1～6占總量重量百分組成是35.91～41.15％、9.28～9.53％、36.52～41.69％、3.57～5.37％、4.37～6％、1.46～3.29％；各組分混勻后裝入直徑80～180mm，高1000mm圓柱形聚合器中，放在18～33℃的室溫環(huán)境中，自行緩慢聚合16～24小時(shí)，聚合完畢，再經(jīng)造粒、烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，吸水倍率為361～728倍，水凝膠呈中性，用鎳網(wǎng)法測(cè)定吸水倍率，計(jì)算公式是吸水倍率=[吸水后重量-空白重量]/吸水前重量；用PH試紙檢查水凝膠酸堿性。
該方法與通常采用的化學(xué)法工業(yè)水相聚合相比，由于省去在40～80℃恒溫水浴槽中聚合4～8小時(shí)的生產(chǎn)步驟，因而，根本不必投入水浴槽、循環(huán)水、對(duì)應(yīng)控溫設(shè)備等，這就省去了對(duì)應(yīng)設(shè)備投入、管理、能耗、人工、原料損耗等引發(fā)的費(fèi)用，聚合成本的降低，不但降低加工成本，也簡(jiǎn)化了工藝步驟。另外，該方法解決了在酸性介質(zhì)中加入膨潤(rùn)土難以進(jìn)行水相聚合的難題，水凝膠呈中性，農(nóng)林用戶(hù)可直接使用；與通常使用的丙烯酸-淀粉接枝型高吸水樹(shù)脂相比，由于加入膨潤(rùn)土，提高固含量，也相對(duì)降低原料成本，提高耐鹽性。
本發(fā)明提供的實(shí)施例如下實(shí)施例1將11Kg膨潤(rùn)土攪入1.42％氫氧化鈉水溶液中，制成含膨潤(rùn)土15.48％組分1；將淀粉加入7.84％氯化鉀水溶液中得到含淀粉37.99％組分2；用18.08％的氫氧化鈉水溶液25.88Kg中和49.92％丙烯酸水溶液，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸39.87％，得到組分3；取純丙烯酸溶液7.4Kg得到組分4；組分5為0.99％過(guò)硫酸銨水溶液；組分6為0.99％NN′-亞甲基雙丙烯酰胺溶液；在攪拌下將各組分按照1～6順序加入混料反應(yīng)器，組分1～6占總量重量百分組成是41.02％、9.5％、39.38％、4.27％、4.37％、1.46％；各組分混勻后裝入直徑110mm，高1000mm圓柱形聚合器中，放在25℃的室溫環(huán)境中，自行緩慢聚合21小時(shí)，聚合完畢，再經(jīng)造粒、烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂，吸水倍率為610倍，用PH試紙檢查水凝膠呈中性。
實(shí)施例2其余同實(shí)施例1，將9.5Kg膨潤(rùn)土攪入1.57％氫氧化鈉溶液中，制成含膨潤(rùn)土15.75％組分1；將淀粉加入4.76％氯化鉀溶液中得到含淀粉34.38％的組分2；用15％的氫氧化鈉水溶液28Kg中和54.76％丙烯酸水溶液，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸32.87％，得組分3；取純丙烯酸溶液6Kg得到組分4；組分5為0.74％過(guò)硫酸銨溶液；組分6為0.45％NN′-亞甲基雙丙烯酰胺溶液；組分1～6占總量重量百分組成是35.91％、9.53％、41.69％、3.57％、6％、3.29％，裝入直徑80mm，高1000mm圓柱形聚合器中，放在28℃的室內(nèi)自聚24小時(shí)，其吸水倍率728倍。用PH試紙檢查水凝膠呈中性。
實(shí)施例3
其余同實(shí)施例1，將12Kg膨潤(rùn)土攪入1.43％氫氧化鈉溶液中，制成含膨潤(rùn)土16.65％組分1；將淀粉加入7.48％氯化鉀溶液中得到含淀粉38.05％的組分2；用18.29％的氫氧化鈉水溶液25.7Kg中和45.24％丙烯酸水溶液，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸44.53％，得組分3；取純丙烯酸溶液9.5Kg得到組分4；組分5為0.92％過(guò)硫酸銨溶液；組分6為0.83％NN′-亞甲基雙丙烯酰胺溶液；組分1～6占總量重量百分組成是40.77％、9.28％、38.3％、5.37％、4.57％、1.71％，裝入直徑150mm柱形聚合器中，在33℃的室內(nèi)自聚18小時(shí)，其吸水倍率504倍。用PH試紙檢查水凝膠呈中性。
實(shí)施例4其余同實(shí)施例1，將13Kg膨潤(rùn)土攪入1.45％氫氧化鈉溶液中，制成含膨潤(rùn)土17.84％組分1；將淀粉加入7.75％氯化鉀溶液中得到含淀粉38.02％的組分2；用18.22％的氫氧化鈉水溶液25.68Kg中和51.28％丙烯酸水溶液，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸42.12％，得組分3；取純丙烯酸溶液9.5Kg得到組分4；組分5為0.79％過(guò)硫酸銨溶液；組分6為0.71％NN′-亞甲基雙丙烯酰胺溶液；組分1～6占總量重量百分組成是41.15％、9.28％、36.52％、5.36％、5.69％、1.99％，裝入直徑180mm柱形聚合器中，在18℃的室內(nèi)自聚16小時(shí)，其吸水倍率361倍。用PH試紙檢查水凝膠呈中性。
權(quán)利要求
1.一種高吸水樹(shù)脂的合成方法，其特征在于分別配制六種組分，組分1為(重量百分比)1.42～1.57％氫氧化鈉水溶液中加入膨潤(rùn)土，配制成含膨潤(rùn)土15.48～17.84％的漿狀物；組分2為在4.76～7.84％氯化鉀水溶液中攪入淀粉，配制成含淀粉34.38～38.05％的淀粉鹽水溶液；組分3是使15～18.29％氫氧化鈉水溶液與45.24～54.76％丙烯酸水溶液發(fā)生中和反應(yīng)，被中和掉的丙烯酸占加入丙烯酸32.87～44.53％；組分4為純丙烯酸溶液；組分5為0.74～0.99％過(guò)硫酸銨水溶液；組分6為0.45～0.99％的NN′-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液，在攪拌下將各組分按照1～6順序加入混料反應(yīng)器，組分1～6占總量重量百分組成是35.91～41.15％、9.28～9.53％、36.52～41.69％、3.57～5.37％、4.37～6％、1.46～3.29％；各組分混勻后裝入直徑80～180mm，高1000mm圓柱形聚合器中，放在18～33℃的室溫環(huán)境中，自行緩慢聚合16～24小時(shí)，聚合完畢，再經(jīng)造粒、烘干、粉碎得到高吸水樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明屬于高吸水樹(shù)脂的合成方法。特別是該方法提供一種室溫聚合高吸水樹(shù)脂的合成方法。省去聚合外加熱,降低能耗和加工成本;工藝中采用在一定尺寸的柱形聚合器中,加入單組分引發(fā)劑引發(fā),以及氯化鉀產(chǎn)生鹽效應(yīng)控制膨潤(rùn)土中金屬離子溶出,利用自身產(chǎn)生聚合熱,室溫下完成丙烯酸－淀粉－膨潤(rùn)土接枝共聚全過(guò)程,制品水凝膠呈中性,農(nóng)林用戶(hù)直接可用,吸水倍率可滿足農(nóng)林用戶(hù)不同需要,耐鹽性好。
文檔編號(hào)C08F251/00GK1299835SQ9912633
公開(kāi)日2001年6月20日 申請(qǐng)日期1999年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月16日
發(fā)明者吳耀明, 申家成 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所