專利名稱：接枝膨潤土高吸水材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是功能高分子材料及其制造方法，更詳細(xì)地講是用于農(nóng)林園藝、土壤改良、油田堵水、環(huán)境保護(hù)及日常生活等方面的吸水、保水、儲(chǔ)水的接枝膨潤土高吸水材料及其用于生產(chǎn)該產(chǎn)品的制造方法。
眾所周知，全球性的缺水、干旱、荒漠化正嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境，特別是干旱、山丘地區(qū)的農(nóng)林業(yè)及城市綠化能有效地保存水土，保持天然雨水及人工灌溉水資源，使土地得到改良，生態(tài)環(huán)境得以改善。目前，國內(nèi)外推廣應(yīng)用的高吸水材料主要有兩種一種是半合成樹脂，是用天然高分子原料與合成單體接枝共聚，其中天然高分子原料是指淀粉、纖維素、殼聚糖等，而合成單體是丙烯腈、丙烯酸及其酯類等一元單體，經(jīng)接枝共聚得到天然高分子系列產(chǎn)品，比如淀粉與丙烯腈接枝共聚物的皂化產(chǎn)物，這種半合成樹脂生產(chǎn)成本較高，工藝較復(fù)雜，還對(duì)環(huán)境有不同程度的污染；另一種是合成樹脂，是完全用合成單體經(jīng)交聯(lián)及聚合而得，它是從石油工業(yè)原料中制得的合成高分子系列，如交聯(lián)聚丙烯酸鈉，這種合成樹脂生產(chǎn)成本較高、使用壽命較長，但不易降解，主原料價(jià)高，制造上述產(chǎn)品的接枝交聯(lián)方法主要有①由自身引起的交聯(lián)②交聯(lián)劑引起的交聯(lián)③由輻射、加熱、干燥等引起的交聯(lián)④導(dǎo)入疏水基或結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的交聯(lián)作用；與本發(fā)明相比，已有的專利申請(qǐng)?zhí)枮?9101086.6高吸水材料合成的方法是以膨潤土和丙烯酰胺為原料，采用氧化還原引發(fā)體系合成的方法，它是以膨潤土為主要原料采用丙烯酰胺單體體系進(jìn)行接枝共聚，使用氫氧化鈉(NaOH)、過硫酸氨((NH4)2S2O8)、過硫酸鉀(K2S2O8)作氧化劑，硫代硫酸鈉(Na2S2O3)、亞硫酸鈉(Na2SO3作還原劑，在一定的條件下進(jìn)行氧化還原引發(fā)聚合制成。這種方法制成的膨潤土高吸水材料，分子結(jié)構(gòu)單一及性能的可控性較差，其吸水性、耐鹽水及耐壓性不可調(diào)控。因此滿足不了人們對(duì)高吸水材料使用的不同需求。
本發(fā)明的目的在于提供一種能消除上述缺點(diǎn)，具有工藝簡單，產(chǎn)品穩(wěn)定、吸水性強(qiáng)，可反復(fù)使用，無環(huán)境污染，成本較低、分子結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)的接枝膨潤土高吸水材料及其用于生產(chǎn)該產(chǎn)品的制造方法。尤其采用合理的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以接枝共聚反應(yīng)為主，用二元單體或多元單體體系進(jìn)行接枝，易于控制分子結(jié)構(gòu)與性能、使其成為獲得吸水性、耐鹽水、耐壓性可控的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的接枝膨潤土高吸水材料是膨潤土等天然高分子材料與乙烯基類單體A和B，用過硫酸鹽類與還原劑組成的引發(fā)體系及交聯(lián)劑，經(jīng)接枝共聚反應(yīng)制成板狀、粒狀或粉狀，其中膨潤土與乙烯基類單體(A+B)用量的重量比為1∶0.5或0.5～5∶1，也可是1∶0.5、1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶5等，選用經(jīng)過精加工的優(yōu)質(zhì)膨潤土作為接枝骨架，選用過硫酸鹽類最好選用過硫酸銨((NH4)2S2O8)或過硫酸鈉(Na2S2O8)與亞氫酸氫鈉(NaHSO3)組成氧化還原引發(fā)體系，其用量占單體用量的0.1～3.0％，交聯(lián)劑最好選用N N’-亞甲基雙丙烯酰胺等，其用量占單體用量的0.01～2.00％，NaOH與單體用量的重量比為1∶1～5。所述乙烯基類單體A和B是兩種不同的單體，最好選用丙烯酰胺和丙烯酸兩種單體經(jīng)共聚反應(yīng)接枝到膨潤土骨架上，得到膨潤土與雙單體的接枝共聚物，分子結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定，吸水性、耐鹽水、耐壓性可控的產(chǎn)品，丙烯酰胺和丙烯酸單體用量的重量比為1∶9～9∶1。
本發(fā)明的接枝膨潤土高吸水材料的制造方法，是采用膨潤土與丙烯酰胺和丙烯酸雙單體在氧化還原引發(fā)體系及交聯(lián)劑作用下的接枝共聚反應(yīng)工藝，它是將配比組份的膨潤土置入反應(yīng)器中，與水?dāng)嚢璩蓾{狀，其中水最好是無離子水或蒸餾水，反應(yīng)器是用聚四氯乙烯材料或帶有聚四氟乙烯涂層制成。依次加入丙烯酰胺水溶液，丙烯酸及N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，混料時(shí)間為1--10分鐘后加入過硫酸鹽類引發(fā)體系，過硫酸鹽類最好選用NaHSO3及(NH4)2S2O8)或K2S2O8，攪拌溫度控制在20-45℃上，最好控制在20～30℃上攪拌，再加入NaOH，混合時(shí)間5-20分鐘后停止攪拌，提高反應(yīng)溫度控制在50～85℃上，反應(yīng)時(shí)間約為30-180分鐘，得到凝膠狀有彈性的膨潤土接枝丙烯酰胺和丙烯酸共聚物，可進(jìn)一步深加工，經(jīng)切片、烘干、粉碎制成塊狀、粉狀或顆粒狀產(chǎn)品。


圖1接枝膨潤土高吸水材料生產(chǎn)工藝流程圖根據(jù)接枝膨潤土高吸水材料生產(chǎn)工藝流程，詳細(xì)說明本發(fā)明的制造過程將所需量配比的膨潤土置入已盛水的反應(yīng)器中與水充分?jǐn)嚢?，配成良好的水分散漿狀液，加入單體A如丙烯酰胺水溶液和單體B如丙烯酸，膨潤土與單體A+B重量比為1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶4、1∶5；丙烯酰胺與丙烯酸的重量比在9∶1-1∶9范圍，加入用量占單體重量0.01-2.00％的N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺作充分?jǐn)嚢?～10分鐘后，加入NaHSO3及(NH4)2S2O8)或K2S2O8，其用量各占單體重量0.1～3.0％，控制溫度在20-45℃下，加入NaOH水溶液，不斷攪拌5-20分鐘后停止攪拌，提高溫度控制在50-85℃，接枝共聚反應(yīng)30分-3小時(shí)，自動(dòng)降溫至室溫后，得到接枝共聚凝膠物，也可經(jīng)切片后，在80-100℃烘箱中干燥至含水量(3.00％，冷卻后，粉碎、過篩制得所需形狀的高吸水性材料。在加工中可根據(jù)農(nóng)林、園藝、工業(yè)、日用等方面的不同用戶要求，調(diào)節(jié)反應(yīng)物料的配比，得到吸水倍數(shù)及性能不同的各種型號(hào)高吸水性能材料，它不僅可吸水而且可吸收肥料等液體，吸液倍數(shù)可隨用途調(diào)節(jié)配比實(shí)現(xiàn)控制，通?？煽刂圃趲资?克、幾百克/克、上千克/克，即按下式計(jì)算吸液倍數(shù)=(吸液后重量-吸液前重量)/吸液前重量實(shí)例1物料配比為膨潤土150克蒸餾水300毫升單體A丙烯酸70克單體B丙烯酰胺80克過硫酸銨0.4克溶于30毫升水中亞硫酸氫鈉0.3克溶于30毫升水中NN′-亞甲基雙丙烯酰胺0.15克溶于60毫升水中NaOH60克溶于200毫升水中。實(shí)例2物料配比膨潤土150克無離子水 500ML單體A丙烯酸 70mL單體B丙烯腈 100mL過硫酸鉀0.5克溶于40ml水中亞硫酸氫鈉0.4克溶于35ml水中
氫氧化鈉100克溶于250ml水中甘油5ml將實(shí)例1、實(shí)例2的物料按配比備好，按照工藝流程先將膨潤土置入反應(yīng)器中加水?dāng)嚢璩蓾{狀，依次加入單體A和B及反應(yīng)介質(zhì)，攪拌5分鐘后加入引發(fā)體，控制溫度在20～45℃范圍內(nèi)攪拌加入NaOH后再攪拌3～20分鐘，停止攪拌，將溫度控制在50～85℃，反應(yīng)時(shí)間為30～180分鐘即得到膨潤土接枝雙單體共聚物，經(jīng)切片、干燥、粉碎制成所需高吸水性材料，吸水倍數(shù)分別可達(dá)480g/1g產(chǎn)品、550g/1g的產(chǎn)品。
本發(fā)明的接枝膨潤土高吸水材料及其制造方法，解決了長期以來高吸水性材料生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品穩(wěn)定性差、使用壽命短、成本較高、耐鹽、抗壓性差等問題，尤其采用膨潤土與雙單體體系進(jìn)行按枝共聚反應(yīng)，所制成的產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定便于控制，使其成為獲得吸水性、耐鹽水、耐壓性可控的產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)大面積土地耕作使用。該生產(chǎn)工藝簡單、設(shè)備投資少、主原料及引發(fā)劑價(jià)格低，可反復(fù)使用，無環(huán)境污染，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，本產(chǎn)品不僅吸水性好，而且還可通過調(diào)整配比來吸收肥料等液體，根據(jù)不同的配比，其吸液倍數(shù)可控制在幾十克/克、幾百克/克、上千克/克，特別適用于工業(yè)、農(nóng)林、環(huán)保、石油、城建、日常生活等領(lǐng)域。是理想的用于吸液、儲(chǔ)液，改善生態(tài)環(huán)境、改良土壤、易于被用戶接受使用的天然高吸水材料。
權(quán)利要求
1.一種接枝膨潤土高吸水材料，其特征在于它是有膨潤土與乙烯基類單體A和B，用過硫酸鹽與還原劑組成的引發(fā)體系及交聯(lián)劑，經(jīng)接枝共聚反應(yīng)制成板狀或粒狀或粉狀，其中膨潤土與乙烯基類單體用量的重量比為1∶0.5～5或0.5～5∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的接枝膨潤土高吸水材料，其特征在于所述的乙烯基類單體A和B分別是丙烯酰胺和丙烯酸雙單體；其用量的重量比為9∶1-1∶9
3.如權(quán)利要求1所述的接枝膨潤土高吸水材料，其特征在于所述的鹽類引發(fā)體系是(NH4)2S2O8-NaHSO3或K2S2O8-NaHSO3，其中(NH4)2S2O8或K2S2O8與NaHSO3的用量各占單體用量的0.100-3.00％。
4.如權(quán)利要求1所述的接枝膨潤土高吸水材料，其特征在于所述的交聯(lián)劑N N’-亞甲基雙丙烯酰胺的用量占雙單體用量的0.01-2.00％，NaOH與雙單體用量的重量比為1∶1～5。
5.如權(quán)利要求1所述的接枝膨潤土高吸水材料的制造方法，其特征在于采用膨潤土與丙烯酰胺和丙烯酸雙單體，在氧化還原引發(fā)體系作用下的接枝共聚反應(yīng)工藝，將膨潤土置入反應(yīng)器中與水?dāng)嚢璩蓾{狀，依次加入丙烯酰胺水溶液、丙烯酸及NN’-亞甲基雙丙烯酰胺，混料時(shí)間為1～10分鐘后，加入NaHSO3及(NH4)2S2O8或者K2S2O8，攪拌溫度控制在20～45℃攪拌，再加入NaOH，混合時(shí)間5～20分鐘后停止攪拌，提高反應(yīng)溫度控制在50～85℃，反應(yīng)時(shí)間為30～180分鐘得到膨潤土接枝丙烯酰胺與丙烯酸共聚物，或經(jīng)切片、烘干、粉碎制成塊狀、粉狀或顆粒狀產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求4所述的接枝膨潤土高吸水材料的制造方法，其特征在于所述的混料時(shí)間為4～5分鐘，混合時(shí)間為5～10分鐘，反應(yīng)時(shí)間為60～120分鐘，攪拌溫度為20～30℃，反應(yīng)溫度為65～75℃。
7.如權(quán)制要求4所述的接枝膨潤土高吸水材料的制造方法，其特征在于所述的反應(yīng)器是用聚四氟乙烯材料或其涂層制成。
全文摘要
接枝膨潤土高吸水材料是有膨潤土與乙烯基類單體A和B,用過硫酸鹽與還原劑組成的引發(fā)體系及交聯(lián)劑,經(jīng)接枝共聚反應(yīng)制成板狀、粒狀或粉狀。具有工藝簡單、吸水性強(qiáng),可反復(fù)使用,無環(huán)境污染、成本低,分子結(jié)構(gòu)與性能可調(diào)等特點(diǎn),解決了膨潤土與二元單體或多元單體進(jìn)行接枝共聚,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品吸水性、耐鹽性、耐壓性可控及工業(yè)化生產(chǎn),適用于工業(yè)、農(nóng)林、環(huán)保等領(lǐng)域吸液、儲(chǔ)液、改善生態(tài)環(huán)境、改良土壤的理想天然高吸水材料。
文檔編號(hào)C08F2/44GK1224028SQ9811003
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月18日
發(fā)明者巫拱生 申請(qǐng)人:鄭可省