專利名稱：一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高吸水樹脂的制備領(lǐng)域，具體涉及采用一種價廉易得、可再生、易分解的玉米芯為原料制備的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂以及這種高吸水性樹脂的制備方法。
背景技術(shù)：
高吸水性樹脂(Super Absorbent Resin,簡稱SAR)是一種新型的功能高分子材料，其能夠吸收自身質(zhì)量的幾百倍甚至幾千倍的純水或者數(shù)十倍的生理鹽水，其具有優(yōu)異的吸水性、保水性、彈性、可塑性和力學性能等；所以，被廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)林園藝、建筑材料、食品工業(yè)以及石油化工和環(huán)境保護等眾多領(lǐng)域；對于傳統(tǒng)生產(chǎn)量最大的丙烯酸類和丙烯酰胺類高吸水性樹脂，原料來源于石化產(chǎn)品，而且耐鹽堿性較差，所以限制了在電解質(zhì)濃度高的領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用；此外，合成類SAR在自然界中難降解，對環(huán)境造成極大的危害，所以拓寬高吸水性樹脂的原料來源，研究可降解高吸水性樹脂，不僅可減輕對環(huán)境的破壞，降低高吸水性樹脂的成本，而且還可改善高吸水性樹脂的耐鹽性能，這對于SAR應(yīng)用范圍的擴大有重要意義。玉米芯作為一種重要的自然資源，但目前我國對玉米芯的利用很少，僅極少的一部分玉米芯用作生產(chǎn)食用菌，而絕大部分被廉價地作為燃料燒掉，這不僅浪費，而且嚴重的污染了環(huán)境；如果能夠合理有效利用玉米芯，實現(xiàn)廢棄生物質(zhì)資源的可循環(huán)利用則具有重 要意義。凹凸棒粘土是以凹凸棒為主要成分的一種具有特殊纖維狀晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)的含水富鎂的鋁硅酸鹽礦，其是一種獨特的粘土礦物，特別是它具有一定的耐鹽堿性，將其引入高吸水性樹脂的制備是一個引人注目的方向，因為它不但能改善材料的吸水、耐鹽等性能，而且能有效的降低產(chǎn)品成本，并且其在我國儲備豐富，價格低廉。本發(fā)明正是使用了玉米芯和凹凸棒土，它們來源廣泛、價格低廉、生物相容性優(yōu)良，具有明顯的成本優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用一種玉米芯制備環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂玉米芯/丙烯酸凹凸棒粘土環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其一充分利用廢棄的農(nóng)副產(chǎn)品玉米芯，將其變廢為寶，實現(xiàn)了農(nóng)副產(chǎn)品的高值化，其二直接使用來源廣泛、價格低廉的玉米芯和凹凸棒粘土，降低了制備高吸水性樹脂的成本，增加了產(chǎn)品競爭力。本發(fā)明的另一目的在于提供一種玉米芯制備環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂的制備方法，該制備方法采用水溶液聚合法，聚合速度快，分子量高；以水為介質(zhì)，反應(yīng)熱易導(dǎo)出，反應(yīng)平穩(wěn)安全；操作簡單，易行。為完成上述發(fā)明目的，按以下步驟進行
(I)玉米芯的預(yù)處理將玉米芯粉碎、過篩、洗滌、烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)取O. 2^1. O重量份的步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，攪拌均勻；室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分O. 02、. 08重量份和還原組分O. 005、. 025重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到混合溶液I ;
(3)稱取f 8重量份的丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用堿液配制成中和度為6(Γ90%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 05、. 50重量份凹凸棒粘土，并加入2 10重量份去離子水，再加入O. 0025、. 025重量份交聯(lián)劑，攪拌均勻，得到混合溶液2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)l 3h，出料，水洗、醇浸泡沖洗、剪碎、烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂。所述步驟(1)中的玉米芯的預(yù)處理的步驟具體為將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過100 200目篩，用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2 3次，烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。所述烘干是指在6(T80°C的烘箱中烘干。所述步驟(2)中的攪拌指在20 50°C水浴下進行磁力攪拌；所述步驟(2)所述的氧化-還原引發(fā)劑的氧化組分為過硫酸鉀，還原組分為亞硫酸氫鈉；步驟(3)所述的交聯(lián)劑為N-N'亞甲基雙丙烯酰胺。所述步驟(3)中所述的堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，堿液的質(zhì)量百分濃度為 25%。所述步驟(3)中水洗2飛次，醇浸泡沖洗2飛次，剪碎，8(Tl()(rC烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂。吸水倍率測定稱取一定量干樹脂于燒杯中，加入足量的水，達到溶脹平衡后，用 100目篩網(wǎng)濾去多余水分，稱量吸水后凝膠的重量。利用公式計算
Q= (m2- Iii1)/ Hi1
式中Q為吸水倍率，g g—1 !IH1為干燥時樣品的質(zhì)量，g ;m2達到溶脹平衡時凝膠的質(zhì)量，g。本發(fā)明的優(yōu)點及優(yōu)益成果
(I)本發(fā)明利用廢棄的農(nóng)副產(chǎn)品玉米芯，將其變廢為寶，減少了焚燒帶來的環(huán)境污染， 為環(huán)境友好作出貢獻。(2)本發(fā)明使用玉米芯和凹凸棒粘土為原料，它們來源廣泛、價格低廉，并直接使用玉米芯制備，減少了制備吸水樹脂過程中的操作步驟和成本，增加了產(chǎn)品競爭優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。(3)該高吸水性樹脂不僅環(huán)境友好，而且實現(xiàn)了農(nóng)副產(chǎn)品的高值化，符合循環(huán)經(jīng)濟使用的要求，并具備潛在的生物可降解性特性。(4)該高吸水性樹脂在去離子水和在O. 9%生理鹽水中的吸水倍率最大為449g/g 和 113g/g。
具體實施例方式
實施例1(1)玉米芯的預(yù)處理將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過100目篩， 用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2次，放入60°C的烘箱中烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)稱取O. 5重量份步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，30°C水浴下磁力攪拌30min ;室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分過硫酸鉀O. 04重量份和還原組分亞硫酸氫鈉O. 015重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌lOmin，得到混合溶液I。(3)稱取5重量份丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鈉溶液配制成中和度為80%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 35重量份凹凸棒粘土，并加入4重量份去離子水，再加入O. 005重量份N-N'亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，得到混合溶液2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)I. 5h，出料，水洗2次，醇浸泡沖洗5次，剪碎， 100°C烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為449g/g。實施例2
(I)玉米芯的預(yù)處理將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過200目篩， 用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2次，放入80°C的烘箱中烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)稱取I重量份步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，20°C水浴下磁力攪拌40min ;室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分過硫酸鉀O. 08 重量份和還原組分亞硫酸氫鈉O. 005重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌12min，得到混合溶液I。(3)稱取8重量份丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鈉溶液配制成中和度為60%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 10重量份凹凸棒粘土，并加入2重量份去離子水，再加入O. 012重量份N-N'亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，得到混合溶液2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)I. 5h，出料，水洗5次，醇浸泡沖洗2次，剪碎， 80°C烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為248g/g。實施例3
(I)玉米芯的預(yù)處理將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過150目篩， 用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2次，放入70°C的烘箱中烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)稱取O. 3重量份步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，30°C水浴下磁力攪拌30min ;室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分過硫酸鉀O. 02 重量份和還原組分亞硫酸氫鈉O. 020重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌lOmin，得到混合溶液I ;
(3)稱取5重量份丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鈉溶液配制成中和度為80%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 35重量份凹凸棒粘土，并加入8 重量份去離子水，再加入O. 0025重量份N-N'亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，得到混合溶液 2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)I. 5h，出料，水洗3次，醇浸泡沖洗3次，剪碎，90°C烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為396g/g。實施例4
(I)玉米芯的預(yù)處理將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過100目篩， 用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2次，放入60°C的烘箱中烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)稱取O. 6重量份步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，50°C水浴下磁力攪拌35min ;室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分過硫酸鉀O. 04重量份和亞硫酸氫鈉O. 015重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌15min，得到混合溶液I ;
(3)稱取5重量份丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鉀溶液配制成中和度為90%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 35重量份凹凸棒粘土，并加入 4重量份去離子水，再加入O. 005重量份N-N'亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，得到混合溶液 2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)I. 5h，出料，水洗5次，醇浸泡沖洗3次，剪碎，IOO0C 烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為377g/g。實施例5
(I)玉米芯的預(yù)處理將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過100目篩， 用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2次，放入60°C的烘箱中烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。(2)稱取O. 5重量份步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，40°C水浴下磁力攪拌30min ;室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分過硫酸鉀O. 06 重量份和還原組分亞硫酸氫鈉O. 0225重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌lOmin，得到混合溶液I ;
(3)稱取3重量份丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鈉溶液配制成中和度為80%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 35重量份凹凸棒粘土，并加入 4重量份去離子水，再加入O. 015重量份N-N'亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，得到混合溶液 2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)I. 5h，出料，水洗3次，醇浸泡沖洗3次，剪碎，80°C烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為210g/g。實施例6
制備方法與實施例I相同，只是將實施例I中的中和度調(diào)整為70%，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為335 g/g。實施例7
制備方法與實施例I相同，只是將實施例I中的凹凸棒粘土調(diào)整為O. 05重量份，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為349g/g。實施例8 制備方法與實施例I相同，只是將實施例I中的N-N'亞甲基雙丙烯酰胺調(diào)整為O. Ol 重量份，即得本發(fā)明的吸水樹脂；產(chǎn)物吸水倍率為357g/g。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其特征在于以玉米芯和凹凸棒粘土為原料，采用水溶液聚合法制得，具體制備方法如下(1)玉米芯的預(yù)處理將玉米芯粉碎、過篩、洗滌、烘干即得預(yù)處理后的玉米芯；(2)取O.2^1. O重量份的步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，攪拌均勻；室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分O. 02、. 08重量份和還原組分 O. 005、. 025重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到混合溶液I ;(3)稱取f8重量份的丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用堿液配制成中和度為6(Γ90%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 05、. 50重量份凹凸棒粘土，并加入2 10重量份去離子水，再加入O. 0025、. 025重量份交聯(lián)劑，攪拌均勻，得到混合溶液2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)l 3h，出料，水洗、醇浸泡沖洗、剪碎、烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂。
2.如權(quán)利要求I所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其特征在于所述步驟(I)中的玉米芯的預(yù)處理的步驟具體為將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過 100 200目篩，用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2 3次，烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。
3.如權(quán)利要求2所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其特征在于所述烘干是指在 6(T80°C的烘箱中烘干。
4.如權(quán)利要求I所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其特征在于步驟(2)中的所述攪拌指在20 50°C水浴下進行磁力攪拌；步驟(2)所述的氧化-還原引發(fā)劑的氧化組分為過硫酸鉀，還原組分為亞硫酸氫鈉。
5.如權(quán)利要求I所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，其特征在于步驟(3)所述的交聯(lián)劑為N-N'亞甲基雙丙烯酰胺；步驟(3)中所述的堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，堿液的質(zhì)量百分濃度為25% ;步驟(3)中水洗2飛次，醇浸泡沖洗2飛次，8(Tl00°C烘干。
6.如權(quán)利要求I所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)玉米芯的預(yù)處理將玉米芯粉碎、過篩、洗滌、烘干即得預(yù)處理后的玉米芯；(2)取O.2^1. O重量份的步驟(I)中預(yù)處理好的玉米芯于燒瓶中，加入5重量份去離子水，攪拌均勻；室溫下，將氧化-還原引發(fā)劑中的氧化組分O. 02、. 08重量份和還原組分O.005、. 025重量份分別溶于3重量份和2重量份的水中，然后分別加入燒瓶中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到混合溶液I ;(3)稱取f8重量份的丙烯酸于燒杯中，在冰水浴下，用堿液配制成中和度為6(Γ90%的丙烯酸鹽溶液，然后在此溶液中加入O. 05、. 50重量份凹凸棒粘土，并加入2 10重量份去離子水，再加入O. 0025、. 025重量份交聯(lián)劑，攪拌均勻，得到混合溶液2，將混合溶液2加入混合溶液1，反應(yīng)l 3h，出料，水洗、醇浸泡沖洗、剪碎、烘干，粉碎，即得本發(fā)明的吸水樹脂。
7.如權(quán)利要求6所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于包括如下步驟所述步驟(I)中的玉米芯的預(yù)處理的步驟具體為將從農(nóng)戶買來的玉米芯用粉碎機粉碎至細粉顆粒，過100 200目篩，用去離子水洗滌去除雜質(zhì)以及可溶性物質(zhì)，重復(fù)洗滌2 3次，烘干即得預(yù)處理后的玉米芯。
8.如權(quán)利要求6所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟(2)中的所述攪拌指在20 50°C水浴下進行磁力攪拌；步驟(2)所述的氧化-還原引發(fā)劑的氧化組分為過硫酸鉀，還原組分為亞硫酸氫鈉。
9.如權(quán)利要求6所述的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟(3)所述的交聯(lián)劑為N-N'亞甲基雙丙烯酰胺；步驟(3)中所述的堿液為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，堿液的質(zhì)量百分濃度為25% ;步驟(3)中水洗2飛次,醇浸泡沖洗2 5 次，8(Tl00°C 烘干。
全文摘要
本發(fā)明屬于高吸水樹脂的制備領(lǐng)域，具體涉及采用一種價廉易得、可再生、易分解的玉米芯為原料制備的一種環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂以及這種高吸水性樹脂的制備方法。本發(fā)明充分利用廢棄的農(nóng)副產(chǎn)品玉米芯，將其變廢為寶，實現(xiàn)了農(nóng)副產(chǎn)品的高值化；直接使用來源廣泛、價格低廉的玉米芯和凹凸棒粘土，降低了制備高吸水性樹脂的成本，增加了產(chǎn)品競爭力。本發(fā)明采用水溶液聚合法制備所述環(huán)保型復(fù)合高吸水性樹脂，聚合速度快，分子量高；以水為介質(zhì)，反應(yīng)熱易導(dǎo)出，反應(yīng)平穩(wěn)安全；操作簡單，易行。
文檔編號C08F289/00GK102617808SQ20121008113
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者任強, 吳小云, 宋艷, 李錦春, 鄒國享 申請人:常州大學