專利名稱：智能高吸水保水材料與制備方法及在沙漠化治理中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸水保水材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于沙漠化治理時(shí)能根據(jù)周圍環(huán)境 溫度的變化調(diào)節(jié)土壤吸水性的吸水保水材料。
背景技術(shù)：
沙漠化是當(dāng)今世界具有局地與全球效應(yīng)的最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，除南極洲以 外的其它各洲均存在沙漠化土地。面對(duì)全球日趨嚴(yán)重的沙漠化問(wèn)題，各國(guó)科學(xué)家都在研究 不同技術(shù)積極應(yīng)對(duì)。沙漠化地區(qū)晝夜溫差大、太陽(yáng)輻射強(qiáng)，土壤嚴(yán)重缺水，且保水能力差，因 此研究出更多的高吸水保水材料、尤其是具有溫敏性的高吸水保水材料對(duì)于沙漠化治理具
有重要意義。目前，大部分高吸水性樹(shù)脂均是以丙烯酰胺和丙烯酸為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，其存在的問(wèn) 題是生物降解性差，不具有溫敏特性。CN 101705099A公開(kāi)了一種土壤治理用的復(fù)合材料及 制備方法，所述復(fù)合材料由羧甲基纖維素或其鈉鹽成分與殼聚糖交聯(lián)形成，吸水率為材料 自身質(zhì)量的2000% 8000%，但仍然不具有溫敏特性，即不能根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化調(diào) 節(jié)土壤的含水量。單體N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAM)的聚合物PNIPAAM，是一種具有溫敏特性的高分 子聚合物，且集吸水、保水、緩釋于一體，但是，PNIPAAm的機(jī)械強(qiáng)度較差，尤其是在被水溶脹 的狀態(tài)下，基本喪失了支撐其自重的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能高吸水保水材料及其制備 方法，此種材料不僅可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化有效地吸水和釋放水，在沙漠化治理中可以 起到修復(fù)土壤的作用，而且具有良好的生物降解性和機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明所述智能高吸水保水材料，由NIPAAM-co-CMC和殼聚糖組成， NIPAAM-co-CMC的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20 % 95 %，殼聚糖的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5 % 80 %，所述 NIPAAM-co-CMC是由N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAM)與羧甲基纖維素(CMC)聚合形成的聚合 物。NIPAAM-co-CMC中，N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.02 0.3 1。本發(fā)明所述智能高吸水保水材料，其低臨界溶解溫度LCST為32V,當(dāng)環(huán)境溫度上 升至該材料的低臨界溶解溫度LCST時(shí)，其自動(dòng)失水收縮，當(dāng)環(huán)境溫度下降至該材料的低臨 界溶解溫度LCST以下時(shí)，其自動(dòng)吸水膨脹，吸水率為3000% 8000%。由于本發(fā)明所述智能高吸水保水材料具有上述性能，因而可在沙漠化治理中應(yīng) 用。在沙漠或干旱地區(qū)，將本發(fā)明所述智能高吸水保水材料與種植植物的土壤混合，則會(huì) 在所述土壤中形成具有溫敏性的吸水保水網(wǎng)絡(luò)，隨著環(huán)境溫度的變化吸水和釋放水分， 滿足植物的生長(zhǎng)需要。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明所述智能高吸水保水材料與土壤的質(zhì)量比為 1 1000 2000。本發(fā)明所述智能高吸水保水材料的制備方法，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖為原料，N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.02 0.3 1，殼聚 糖與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.053 4. 08 1，工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、25°C 60°C將羧甲基纖維素溶于去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 5% 的羧甲基纖維素水溶液，然后在攪拌下于常壓、25°C 60°C將N-異丙基丙烯酰胺加入羧甲 基纖維素水溶液形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺與 羧甲基纖維素混合均勻后用氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH值調(diào)整至8 10，在氮?dú)?或惰性氣體保護(hù)下依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液中加入交聯(lián)劑N，N-亞 甲基雙丙烯酰胺、引發(fā)劑進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí) 10小時(shí)，得到水凝膠狀 NIPAAM-co-CMC，所述交聯(lián)劑的加入量為原料N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量的 4%，所述引 發(fā)劑的加入量為N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量的 3% ；(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將殼聚糖溶于去離子水中配制成質(zhì)量濃度2% 12%的殼聚糖水溶液，在攪拌下 將殼聚糖水溶液加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、 20°C 40°C反應(yīng)至少0. 5小時(shí)，然后將復(fù)合產(chǎn)物冷凍干燥即得到智能高吸水保水材料。上述方法中，所述引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲酰，或?yàn)榕嫉惗‰?，或由亞硫酸氫鈉 和過(guò)硫酸銨組成。當(dāng)引發(fā)劑由亞硫酸氫鈉和過(guò)硫酸銨組成時(shí)，亞硫酸氫鈉與過(guò)硫酸銨 的質(zhì)量比優(yōu)選1 1。所述NIPAAM-co-CMC與殼聚糖的復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物的冷凍干燥溫度 為-50°C _40°C，冷凍干燥時(shí)間為20小時(shí) 40小時(shí)。上述方法中，調(diào)節(jié)N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液的PH值所用氫氧化 鈉水溶液的質(zhì)量濃度為2% 5%。本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明所述智能高吸水保水材料與單體N-異丙基丙烯酰胺的聚合物PNIPAAM 相比，機(jī)械強(qiáng)度提高(將本發(fā)明所述智能高吸水保水材料置于25°C水中10分鐘，再用玻璃 棒攪拌10分鐘，可保持相對(duì)完整的塊狀)，成本降低，是一種集吸水、保水、緩釋于一體的新 型溫敏性材料。2、本發(fā)明所述智能高吸水保水材料以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚 糖為原料，因而具有良好的生物降解性能，且降解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境不會(huì)造成不良影響。3、本發(fā)明所述智能高吸水保水材料的低臨界溶解溫度LCST為32°C，吸水率為 3000% 8000%，因而適合在沙漠化治理中應(yīng)用，將其與沙漠化地區(qū)的土壤混合，則會(huì)在所 述土壤中形成具有溫敏性的吸水保水網(wǎng)絡(luò)，隨著沙漠化地區(qū)晝夜溫差變化不斷吸水和釋放 水分，從而滿足植物的生長(zhǎng)需要。4、本發(fā)明所述方法以水為溶劑，且在常壓下進(jìn)行操作與完成反應(yīng)，因而安全、環(huán) 保、有利于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是紅外光譜圖，圖中，譜圖1為羧甲基纖維素(CMC)的紅外光譜圖，譜圖2為 聚合產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC的紅外光譜圖；圖2是本發(fā)明所述智能高吸水保水材料在25°C時(shí)吸水膨脹的光學(xué)照片；
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圖3是本發(fā)明所述智能高吸水保水材料在40°C時(shí)失水收縮的光學(xué)照片。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述智能高吸水保水材料及其制備方法作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度95% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺0. 5g，殼聚糖4. 5g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、60°C下將4.5g羧甲基纖維素溶解于450mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃 度的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至40°C水浴中，在攪拌下，加入 0. 5g N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙 烯酰胺溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合 液的PH值調(diào)整至8，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合 液中加入交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. Olg、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 0075g和過(guò)硫酸銨 0. 0075g進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為9小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC，其紅外 光譜圖見(jiàn)圖1中的譜圖2。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將4. 5g殼聚糖溶于40mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、25°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在-50°C冷凍干燥30小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例2本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度90% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺lg，殼聚糖10g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、60°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于450mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 1 %的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至40°C水浴中，在攪拌下，加入Ig N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺 溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH 值調(diào)整至8，繼后通入氬氣保護(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液中加入交 聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 02g、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 015g和過(guò)硫酸銨0. 015g進(jìn)行交 聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8. 5小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將IOg殼聚糖溶于IOOmL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、20°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在-50°C冷凍干燥30小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例3本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度80% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺lg，殼聚糖4. 5g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合
在常壓、60°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于225mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 2%的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至40°C水浴中，在攪拌下，加入Ig N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺 溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH 值調(diào)整至8，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液中加入交 聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 02g、引發(fā)劑過(guò)氧化苯甲酰0. Olg進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng) 時(shí)間為9小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將4. 5g殼聚糖溶于40mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、40°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在-50°C冷凍干燥30小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例4本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度95% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺0. 6g，殼聚糖9g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、40°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于450mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃 度的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至50°C水浴中，在攪拌下，加入 0. 6g N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯 酰胺溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液 的PH值調(diào)整至8，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液中 加入交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 0012g、引發(fā)劑偶氮二異丁腈0. 009g進(jìn)行交聯(lián)聚合 反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8. 5小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將9g殼聚糖溶于90mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液加 入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、25°C進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)， 反應(yīng)時(shí)間為1. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在_50°C冷凍干燥40小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例5本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度95% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺0. 09g，殼聚糖9g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、60°C下將4.5g羧甲基纖維素溶解于225mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃 度2%的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至25°C水浴中，在攪拌下，加入 0. 09g N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙 烯酰胺溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2 %的氫氧化鈉水溶液將所述混合 液的PH值調(diào)整至8，繼后通入氬氣保護(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液 中加入交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 0018g、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 0013g和過(guò)硫酸銨 0. 0013g進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將9g殼聚糖溶于90mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液加
6入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、25°C進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)， 反應(yīng)時(shí)間為1. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在_50°C冷凍干燥20小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例6本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度95% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺lg，殼聚糖9g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、60°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于90mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 5%的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至60°C水浴中，在攪拌下，加入Ig N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺 溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度5%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH 值調(diào)整至10，繼后通入氬氣保護(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液中加入 交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 03g、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. Olg和過(guò)硫酸銨0. Olg進(jìn)行交 聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將9g殼聚糖溶于90mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液加 入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、25°C進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)， 反應(yīng)時(shí)間為1. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在_50°C冷凍干燥30小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例7本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度85% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺lg，殼聚糖0. 3g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、25°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于450mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 1 %的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至40°C水浴中，在攪拌下，加入Ig N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺 溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH 值調(diào)整至8，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液中加入交 聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. Olg、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 015g和過(guò)硫酸銨0. 015g進(jìn)行交 聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8. 5小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將0. 3g殼聚糖溶于IOmL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、25°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1.5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在-50°C冷凍干燥40小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例8本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度95% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺1. 35g，殼聚糖0. 5g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、25°C下將4.5g羧甲基纖維素溶解于225mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃 度2%的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至50°C水浴中，在攪拌下，加入 1. 35g N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙
7烯酰胺溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度2%的氫氧化鈉水溶液將所述混合 液的PH值調(diào)整至9，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液 中加入交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 03g、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 02g和過(guò)硫酸銨0. 02g 進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8. 5小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將0. 5g殼聚糖溶于20mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、40°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0. 8小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在_40°C冷凍干燥40小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例9本實(shí)施例中，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖(脫乙酰度80% )為 原料，羧甲基纖維素4. 5g，N-異丙基丙烯酰胺lg，殼聚糖18g。工藝步驟如下(I)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、50°C下將4. 5g羧甲基纖維素溶解于450mL去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 1 %的水溶液，然后將裝羧甲基纖維素水溶液的容器移放至30°C水浴中，在攪拌下，加入Ig N-異丙基丙烯酰胺形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺 溶解并與羧甲基纖維素混合均勻后，用質(zhì)量濃度3%的氫氧化鈉水溶液將所述混合液的pH 值調(diào)整至9，繼后通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，依次向N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液中加入交 聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺0. 04g、引發(fā)劑亞硫酸氫鈉0. 015g和過(guò)硫酸銨0. 015g進(jìn)行交 聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為9. 5小時(shí)，得到水凝膠狀產(chǎn)物NIPAAM-co-CMC。(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將18g殼聚糖溶于150mL去離子水形成殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼聚糖水溶液 加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、40°C進(jìn)行復(fù)合反 應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0. 5小時(shí)，將復(fù)合產(chǎn)物在_40°C冷凍干燥40小時(shí)，即得智能高吸水保水材料。實(shí)施例10取一塊實(shí)施例1所制備的智能高吸水保水材料，將其先后置于溫度25°C和40°C的 去離子水中，觀察其吸水膨脹與失水收縮情況，用數(shù)碼相機(jī)拍下宏觀形貌。在25°C時(shí)吸水膨 脹的形貌如圖2所示，在40°C時(shí)失水收縮的形貌如圖3所示。實(shí)施例11取Ig實(shí)施例1所制備的智能高吸水保水材料粉末與IOOOg干燥土壤混合均勻，另 單獨(dú)取IOOOg相同的干燥土壤，將它們分別放置于兩個(gè)培養(yǎng)皿中，并分別加入300g自來(lái)水， 則二者的初始含水率均為23%。然后將它們?cè)?0°C下放置24小時(shí)，計(jì)算二者的含水率，含 實(shí)施例1所制備的智能高吸水保水材料的土壤的含水率為21%，不含實(shí)施例1所制備的智 能高吸水保水材料的土壤的含水率為13%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明所述智能高吸水保水材 料具有優(yōu)良的保水性能，可在沙漠化治理中應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種智能高吸水保水材料，其特征在于由NIPAAM co CMC和殼聚糖組成，NIPAAM co CMC的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20％～95％，殼聚糖的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％～80％，所述NIPAAM co CMC是由N 異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素聚合形成的聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能高吸水保水材料，其特征在于所述NIPAAM-co-CMC中， N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.02 0.3 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能高吸水保水材料，其特征在于該材料的低臨界溶 解溫度LCST為32°C，當(dāng)環(huán)境溫度上升至該材料的低臨界溶解溫度LCST時(shí)，其自動(dòng)失水收 縮，當(dāng)環(huán)境溫度下降至該材料的低臨界溶解溫度LCST以下時(shí)，其自動(dòng)吸水膨脹，吸水率為 3000% 8000%。
4.一種智能高吸水保水材料的制備方法，其特征在于以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖 維素和殼聚糖為原料，N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.02 0.3 1，殼 聚糖與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.053 4. 08 1，工藝步驟如下(1)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合在常壓、25°C 60°C將羧甲基纖維素溶于去離子水中，配制成質(zhì)量濃度 5%的 羧甲基纖維素水溶液，然后在攪拌下于常壓、25°C 60°C將N-異丙基丙烯酰胺加入羧甲基 纖維素水溶液形成N-異丙基丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液，當(dāng)N-異丙基丙烯酰胺與羧 甲基纖維素混合均勻后用氫氧化鈉水溶液將所述混合液的PH值調(diào)整至8 10，在氮?dú)饣?惰性氣體保護(hù)下依次向N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液中加入交聯(lián)劑N，N-亞 甲基雙丙烯酰胺、引發(fā)劑進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí) 10小時(shí)，得到水凝膠狀 NIPAAM-co-CMC,所述交聯(lián)劑的加入量為原料N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量的1 % 4 %，所述弓丨 發(fā)劑的加入量為N-異丙基丙烯酰胺質(zhì)量的 3% ；(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合將殼聚糖溶于去離子水中配制成質(zhì)量濃度2% 12%的殼聚糖水溶液，在攪拌下將殼 聚糖水溶液加入到步驟(1)制備的水凝膠狀NIPAAM-co-CMC中并混合均勻，在常壓、20°C 40°C反應(yīng)至少0. 5小時(shí)，然后將復(fù)合產(chǎn)物冷凍干燥即得到智能高吸水保水材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能高吸水保水材料的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為 過(guò)氧化苯甲酰，或?yàn)榕嫉惗‰?，或由亞硫酸氫鈉和過(guò)硫酸銨組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能高吸水保水材料的制備方法，其特征在于當(dāng)引發(fā)劑由亞 硫酸氫鈉和過(guò)硫酸銨組成時(shí)，亞硫酸氫鈉與過(guò)硫酸銨的質(zhì)量比為1 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一權(quán)利要求所述的智能高吸水保水材料的制備方法，其特 征在于所述NIPAAM-co-CMC與殼聚糖的復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物的冷凍干燥溫度為_(kāi)50 °C -40 °C，冷 凍干燥時(shí)間為20小時(shí) 40小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一權(quán)利要求所述的智能高吸水保水材料的制備方法，其特 征在于調(diào)節(jié)N-異丙基丙烯酰胺_羧甲基纖維素混合液的PH值所用氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量 濃度為2% 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能高吸水保水材料的制備方法，其特征在于調(diào)節(jié)N-異丙基 丙烯酰胺-羧甲基纖維素混合液的PH值所用氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量濃度為2% 5%。
10.權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的智能高吸水保水材料在沙漠化治理中的應(yīng)用。
全文摘要
一種智能高吸水保水材料，由NIPAAM-co-CMC和殼聚糖組成，NIPAAM-co-CMC的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20％～95％，殼聚糖的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％～80％，所述NIPAAM-co-CMC是由N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素聚合形成的聚合物。一種智能高吸水保水材料的制備方法，以N-異丙基丙烯酰胺、羧甲基纖維素和殼聚糖為原料，N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.02～0.3∶1，殼聚糖與羧甲基纖維素的質(zhì)量比為0.053～4.08∶1，工藝步驟如下(1)N-異丙基丙烯酰胺與羧甲基纖維素的聚合；(2)聚合反應(yīng)產(chǎn)物和殼聚糖的復(fù)合。
文檔編號(hào)C08L51/02GK101974192SQ201010509589
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者侯憲文, 張利, 張熠, 李光義, 李勤奮 申請(qǐng)人:中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所;四川大學(xué)