[发明专利]膨润土－高分子复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种农用矿物质的改性技术，尤其是膨润土的改性材料的制备。

由于人们对环境问题的日益关注，在节水、节肥、防止水土流失、防止施肥引起的污染方面采取了很多措施，农艺措施是诸多措施中最有效的措施之一。在农艺措施中，使用缓释肥是一种节省肥料、减少肥料污染的有效措施，使用保水剂是节约用水，防止水土流失的有效措施。目前缓释肥、保水剂的品种较多，且有些品种技术成熟、效果良好，但由于成本较高，大面积推广仍有较大困难，只能在园林、苗圃及一些特殊需要的场合使用。传统农用矿物如膨润土、沸石、海泡石等，也具有一定的保水保肥功能，且我国贮量大，资源丰富，价格低廉，如果进一步提高其吸水性和离子交换性能，则具有更广阔的应用前景。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成份的粘土岩，它可以作饲料添加剂、土壤改良剂、肥料添加剂等，但由于钙基膨润土的吸水和离子交换性能相对较弱，用作土壤改良剂或肥料添加剂的效果不理想，推广应用受到限制。钙基膨润土的钠化能提高其吸水性，但同时提高了其盐碱性，不适合于在土壤中长期使用。因此，通过膨润土的改性提高其吸水性是研究之宗旨。

本发明目的是提供一种吸水性强，具有水肥调控功能的膨润土-高分子材料，是用水溶高分子改性膨润土，使作为矿物主要成份的蒙脱石层间距加大，充分发挥蒙脱石巨大表面积的作用，提高矿物膨润土的性能；并采用凝胶-固相反应，反应在较少水分的情况下完成，减少干燥过程中的水分蒸发量，节省能源；提高产品性能价格比，便于推广使用。

本发明任务是这样实现的：将水加入水溶性高分子物质中，使水溶性高分子物质吸水成为凝胶，于凝胶中加入膨润土，拌合后用双辊炼胶机混炼至混合物不粘辊。将混炼产物烘干到含水量＜5％，粉碎至粒度20目以下即为膨润土-高分子复合材料。上述所说双辊炼胶机为塑料加工机械，不用加热装置，双辊间距调至约0.5mm。膨润土与水与水溶性高分子物质混合质量比为100∶10～20∶1～8。上述所说的膨润土的具体要求是：蒙脱石含量≥50％，粒度100目以下，水分含量≤12％，其作用是作为插层复合材料的基体。上述水溶性高分子物质是指聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、甲壳胺类物质及其混合物，其作用是作为插层复合材料的插入体。

具体说明：膨润土的主要矿物成份是蒙脱石，次要矿物包括伊利石、绿泥石和高岭石等粘土矿物和沸石、方石英等非粘土矿物。蒙脱石属2∶1型层状硅铝酸盐，由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成鳞片结构单元层。蒙脱石的分子结构使它具有高的比表面积和表面能，对某些阳离子、极性分子有较强的吸附、桥联、络合等作用。水溶性高分物质是一类亲水性强的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。若将水溶性高分子部分交联可制备吸水剂，在农业应用中称为保水剂。本发明用凝胶-固相反应的方法使水溶性高分子进入蒙脱石层间后，水溶性高分子与蒙脱石层间表面作用，使水溶性高分子具有类似部分交联产物的性能，因而复合材料的吸水性增强。

下面为实验结果：将膨润土，浅灰色，蒙脱石含量为60％与分子量为300～600万聚丙烯酰胺和水按30∶1∶5的比例混合，在双辊炼胶机上混炼至产物变脆，不粘辊。将样品于105℃烘干3h，研磨至20目即得干样品。

吸水性能的测定：称取2.00g干样品放入用300目尼龙网制成的尼龙袋内，用塑料封口机封口，浸入盛有自来水的烧杯中。24h后样品已充分吸水，取出尼龙袋和其中的样品，沥干10min至无滴水，称重，由吸水量和干样品量计算吸水率。由于双辊炼胶机能提供巨大的剪切力，不仅能使混合物均匀混合，而且对膨润土有剥片作用，并造成温度上升，对高分子进入膨润土层间有促进作用。为显示混炼的作用，在开始混炼后的5，10，15min时取样品，并用手持式激光测温仪测定由炼胶机挤出的片状样品的表面温度。片状样品经烘干、称重，计算样品含水量(湿基)。将烘干后的样品磨碎至20目后测吸水性。结果如表1。

混炼时间/min      表面温度/℃      含水率/％      吸水量/g      吸水率/％

对照              -                -              3.50          175

5                 25               21.04          4.60          230

10                50               19.45          4.94          247