一種星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種±壤、沙漠用保水劑，具體設及一種具有星型網狀結構的有 機-無機復合型超強吸水劑及其制備方法，屬于新材料領域。
【背景技術】
[0002] 我國是世界上水資源缺乏的國家之一，干旱半干旱地區(qū)面積占國±總面積的 47%，其中我國有45%的國±處在年降水量少于400mm的干旱少水地帶，每年灌概用水的 短缺也超過30億m3,即使在南方降水較多的地區(qū)，也存在著季節(jié)性和區(qū)域性缺水。干旱缺 水是制約我國農業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素，隨著全球氣候變暖，干旱加劇，干旱面積也在不斷 擴大。因此，如何提高內蒙古旱作區(qū)±壤抗旱保水能力，提高水分利用效率，緩解干旱對作 物的傷害程度，W保證糧食穩(wěn)產增產，是當前亟待解決的重大課題。
[0003] 化學節(jié)水技術是利用化學材料或制劑通過直接作用于植物或間接作用于±壤來 改善植物的水分消耗特性，進而提高水分利用率。目前，保水劑、±壤固化劑等一批新型、多 功能節(jié)水材料已在農業(yè)中得到應用并取得良好效果。
[0004] 保水劑由于具有防旱、抗旱、節(jié)水、提高肥效、改良±壤、增產等多方面的作用，已 在各國農業(yè)生產上廣泛應用。目前在我國農業(yè)生產上常見的保水材料有聚丙締酸鹽、聚丙 稀酷胺、腐殖酸、膨潤±等，其中高吸水樹脂（SA巧是一種新型功能高分子材料，它具有吸 收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，并且保水性能優(yōu)良，一旦吸水膨脹成為水凝膠 時，即使加壓也很難把水分離出來。高吸水樹脂能減少±壤中水分的滲透和蒸發(fā)耗損，延長 植物達到萎黨點的時間，減少灌概次數(shù)，提高水資源的利用效率。干旱發(fā)生時，高吸水樹脂 會隨著植物水分蒸散量的增長而緩慢釋放其內部的水分，W供植物正常生長，而且具有反 復吸水功能，是一種有效的保水劑。
[0005] CN104263376A公開了一種新型的±壤用復合保水劑，所述復合保水劑包括改性殼 聚糖、改性海藻、丙締酷胺、N-己締基化咯燒酬、N，N'-亞甲基雙丙締酷胺、2-哲基-4-甲硫 基了酷胺、過硫酸錠、復合助劑、發(fā)酵肥料、蒙脫±、駿甲基纖維素鋼、納米添加劑、侶酸巧粉 和腐植酸鋼，其中改性殼聚糖的通過稱取可溶性殼聚糖加入蒸饋水配制成5-8wt%溶液，加 入稱苔粉，攬拌升溫至50-60°C并混合5-lOmin，然后加入鐵酸異丙醋，升溫至70-80°C攬拌 反應20-25min獲得。通過組分的合適搭配、工藝步驟的優(yōu)化選擇，保水性能得到了有效提 升。
[0006] CN1912006A公開了一種腐植酸基超強保水劑及其制備方法，其含有煤炭腐植酸、 丙締酸、工業(yè)淀粉、交聯(lián)劑、化OH溶液及過硫酸鐘。W腐植酸含量較高的煤炭為原料提取腐 植酸，將腐植酸與強堿反應，形成腐植酸鹽溶液并與親水性單體及淀粉接枝共聚，保持水浴 溫度60°C至形成粘稠凝膠狀產物，保水性能得到了有效改善。
[0007] CN102558618A公開了一種基質保水劑，包括添加劑和粘合劑，其中添加劑選擇可 溶性淀粉、竹炭粉、玉米巧熱解粉中的一種或多種，粘合劑選擇環(huán)糊精和駿甲基纖維素鋼。 該發(fā)明的基質保水劑由天然原料制備而成，吸水溶脹度達到145-188%，吸水后膨脹為水凝 膠，增強基質保水性，可緩慢釋放水分供植物吸收利用，保水時間長，效果好。
[000引 CN102585835A公開了一種利用農作物枯桿的炭化產物制成的±壤保水劑，將農作 物枯桿炭化獲得的生物黑炭，過60目篩，加水，混合均勻，加入PAM，混合均勻，烘至含水率 為10% -30%取出，切成長、寬各約0. 3-0. 5cm的碎塊，然后干燥至恒重，即得到保水劑。該 發(fā)明的保水劑價格低廉，保水性能穩(wěn)定。
[0009] 現(xiàn)有技術中，使用高分子聚合物吸水劑，存在降解時間長，且吸液穩(wěn)定性較差，難 W得到綜合性能較高的產品，尤其是耐鹽性不能保證，很大程度上限制了高吸水保水材料 的應用。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種吸水保水性能強，耐 鹽性好的環(huán)保有機-無機復合型超強吸水劑，無機物帶有大量的活性基團，并具有獨特的 空間結構，將其與有機合成聚合物基體復合時，不僅可W改善高吸水保水材料的吸水保水 性、耐鹽性、熱穩(wěn)定性及重復利用性，而且可W降低高吸水保水材料的生產成本，解決了保 水性能不穩(wěn)定和耐鹽性差等問題。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取W下技術方案：
[0012] 一種星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其原料組成如下（重量份）：
[001 引
【主權項】
1. 一種星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其原料組成按重量份計如下； 超細插溶膠 30-50 納米二氧化鐵 10-20 輕丙基甲基纖維素 40-100 N-異丙基兩稀醜胺 20-30 交化劑 化02-0.3 引發(fā)劑 0.4-1.2 其中，所述超細娃溶膠為納米二氧化娃的母體，其制備方法為；將娃酸鋼稀釋溶于水 后，超聲震蕩10-20min混合均勻，形成水玻璃溶液；將強酸性陽離子交換樹脂與強堿性陰 離子交換樹脂按體積比1:2~1:3混合得到復合樹脂；將水玻璃溶液與復合交換樹脂按重 量比20:1~40:1充分攬拌混合，除去雜質，得到預處理的娃酸溶液；向部分活性娃酸溶液 中加入堿溶液，調節(jié)抑值為9-10、常壓下控制70-85°C加熱反應1-3小時后得粒徑為娃溶 膠母液；娃溶膠母液進行脫水分、濃縮并純化，制備得到濃度為10-30wt%的娃溶膠，其中 二氧化娃粒徑在1-lOOnm之間。
2. 根據(jù)權利要求1所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征在于：所述 超細娃溶膠替換為納米二氧化娃。
3. 根據(jù)權利要求1所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征在于：所述 超細娃溶膠所占重量份數(shù)為35-40,娃溶膠濃度為20wt%。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征 在于；哲丙基甲基纖維素所占重量份數(shù)為70-90。
5. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征 在于納米二氧化鐵粒徑為5-50nm，所占重量分數(shù)為15。
6. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征 在于；所述交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙締酷胺。
7. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑，其特征 在于；所述引發(fā)劑為過硫酸鐘和無水亞硫酸鋼，二者質量比為1 ;1。
8. -種如權利要求1所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑的制備方法，包括 如下步驟： (1) 按權利要求1所述成分和配比進行備料； (2) 制備超細娃溶膠：將娃酸鋼稀釋溶于水后，超聲震蕩10-20min混合均勻，形成水玻 璃溶液；將強酸性陽離子交換樹脂與強堿性陰離子交換樹脂按體積比1:2~1:3混合得到 復合樹脂；將水玻璃溶液與復合交換樹脂按重量比20:1~40:1充分攬拌混合，除去雜質， 得到預處理的娃酸溶液；向部分活性娃酸溶液中加入堿溶液，調節(jié)抑值為9-10、常壓下控 制70-85°C加熱反應1-3小時后得粒徑為娃溶膠母液；娃溶膠母液進行脫水分、濃縮并純 化，制備得到濃度為10-30wt%的娃溶膠，其中二氧化娃粒徑在1-100皿之間； (3) 常溫下，將哲丙基甲基纖維素加入去離子水，在氮氣保護下攬拌至完全溶解； (4) 依次加入超細娃溶膠溶液和納米二氧化鐵，形成溶膠液體； (5) 然后加入N-異丙基丙締醜胺單體，在氮氣氛圍下，溫度加熱至20-5(TC，攬拌溶解 5-30min; (6) 當溫度恒定時，用氨氧化鋼堿溶液將pH值調至8-11后，依次加入引發(fā)劑過硫酸鐘 和無水亞硫酸鋼水溶液、交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙締酷胺水溶液，加速攬拌，使其交聯(lián)聚合 充分反應，保溫反應化-1比后，冷卻至室溫，得到有機-無機復合型聚合物凝膠； (7) 將凝膠配制成濃度為2% -10%的水溶液，用丙酬對聚合物進行沉淀分離后，在真 空干燥箱中進行干燥，干燥溫度50-80°C，得到產品。
9. 根據(jù)權利要求8所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑的制備方法，其特征 在于；所述超細娃溶膠替換為納米二氧化娃。
10. 根據(jù)權利要求8所述的星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑的制備方法，其特征 在于；所述超細娃溶膠所占重量份數(shù)為35,娃溶膠濃度為20wt% ;所述哲丙基甲基纖維素 所占重量份數(shù)為75。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種星型網狀有機-無機復合型超強吸水劑及其制備方法，屬于新材料領域。該吸水劑的重量份組成為：該吸水劑的重量份組成為：30-50份超細硅溶膠或納米二氧化硅、10-20份納米二氧化鈦、40-100份羥丙基甲基纖維素、20-30份N-異丙基丙烯酰胺、0.02-0.3份交聯(lián)劑和0.4-1.2份引發(fā)劑；超細硅溶膠的固含量為10-30wt％，其中二氧化硅的粒徑為1-100nm。本發(fā)明制備得到的超強吸水劑在常溫狀態(tài)下即可配比完成，無需增加其他加溫設備，其具有穩(wěn)定優(yōu)異的吸水保水性能，又具有很好的耐鹽性，能廣泛用于干旱/半干旱地區(qū)的防沙治沙、農業(yè)種植莊稼、林業(yè)培育樹苗、牧業(yè)種植草地等。
【IPC分類】C08F220-54, C08K3-36, C08K3-22, C08F2-44, C08F251-02, C08F222-38, C09K17-40
【公開號】CN104788619
【申請?zhí)枴緾N201510173106
【發(fā)明人】申閆春
【申請人】北京信大虹影環(huán)保工程有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月13日