[发明专利]碱糊化马铃薯淀粉接枝共聚合成高含钾量高吸水树脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于农业、林业、畜牧业、园艺等领域的新型功能高分子材料-高吸水树脂的制备方法，特别指以马铃薯淀粉、丙烯酸、氢氧化钾、氢氧化钠为主要原料合成高含钾量高吸水树脂的一种新型的简易制备方法。

背景技术

高吸水树脂是上世纪60年代末发展起来的。1961年美国农业部北方研究所首次将淀粉接枝于丙烯腈，制成一种超过传统吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。1978年日本三洋化成株式会社率先将高吸水聚合物用于一次性尿布，从此引起了世界各国科学工作者的高度重视。

高吸水树脂用途广泛，应用前景非常广阔。尤其高吸水树脂优良的吸水性和保水性使其在许多领域内都得到了应用。一次性尿布等卫生用品是高吸水树脂最早开发的应用领域，目前仍是高吸水树脂的最大消费市场。而且由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大，并具有优异的保水性能，于是将高吸水树脂加入到土壤中，可以改变土壤的团粒结构，增大土壤的透水性、透气性，并可将加入的水储存起来，在干旱地区土壤的水分保持、沙漠防治方面具有诱人的前景。

高吸水树脂的合成原料丰富，生产工艺各异，制备方法很多。虽然我国在高吸水树脂的研究上取得了一定的成果，但与国外相比，差距还相当大，如树脂的吸水倍数低、耐盐性能差、吸水后的凝胶强度低、生产工艺复杂、产品成本高等。特别在吸水理论、吸水剂性能和应用方面的研究还不多，工业化生产厂家生产的品种和数量还比较少，有许多工作需要人们深入去做。我们应该充分发挥我国马铃薯淀粉资源丰富的优势，生产出高品质及多功能的高吸水树脂，为高吸水树脂成为我国第三大农用化学品和应用于各个领域奠定基础。

淀粉是一种可再生、来源广泛的天然高分子化合物，利用廉价的淀粉原料来制备高吸水树脂是当前研究的重点之一，且其生物降解性好，符合环保的要求。淀粉与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性烯类单体的接枝共聚物是目前高吸水树脂市场中的主要品种之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合成高吸水树脂的新型方法，这种制备方法以马铃薯淀粉、丙烯酸、氢氧化钾、氢氧化钠、过硫酸钾、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺为主要原料，经合理的配比、简单的合成路线制得高含钾量高吸水树脂。

本发明要解决的技术问题是由如下方案解决的：碱糊化马铃薯淀粉接枝共聚合成高含钾量高吸水树脂的方法，其特征是：配制浓度为2mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液0.4-1.6ml，其中马铃薯淀粉与N，N′-亚甲基双丙烯酰胺的质量比是1∶0.0008-0.0032；马铃薯淀粉与去离子水以1∶3的质量比混合，搅拌0.5-1.0h，配制氢氧根摩尔浓度是0.600-0.725mol/L的强碱溶液，其中马铃薯淀粉与强碱的质量比是1∶0.048-0.082，用配制好的强碱溶液在室温下以10-15秒/滴的滴速糊化马铃薯淀粉乳，制得碱糊化马铃薯淀粉；在冰水浴冷却下，用氢氧化钾溶液中和除去阻聚剂的丙烯酸，得到丙烯酸中和度为20％-70％的丙烯酸及其钾盐溶液，其中马铃薯淀粉与丙烯酸、氢氧化钾、溶解氢氧化钾的去离子水的质量比是1∶4-9∶0.622-4.906∶7；将制得的碱糊化马铃薯淀粉与丙烯酸及其钾盐溶液混合，同时补加去离子水，其中马铃薯淀粉与补加去离子水的质量比是1∶0-4.754，加入马铃薯淀粉质量1.2-1.9％的过硫酸钾做引发剂，加入浓度为2mg/ml的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液0.4-1.6ml做交联剂，在室温下搅拌0.5-1.0h，使其混合均匀；在氮气保护下，水浴加热，使碱糊化马铃薯淀粉与丙烯酸及其钾盐进行接枝共聚反应，并使产物在沸水浴中保温1.0-2.0h，将产物取出，烘干并粉碎，即得高含钾量高吸水树脂。所制得的高含钾量高吸水树脂的最高吸去离子水量为1200-1500g/g。

上述技术方案所述，配制氢氧根摩尔浓度是0.600-0.725mol/L的强碱溶液时所用的强碱是氢氧化钠、氢氧化钾，优选氢氧化钠。

上述技术方案所述，所制得的高吸水树脂的丙烯酸的中和度是20％-70％，其中和度是20％，30％，40％，50％，60％，70％。中和度优选20％-60％，最优选30％-50％。

上述技术方案所述，补加去离子水的目的是：除了交联剂溶液的体积外，为了使反应体系的溶液总体积保持一致。除了补加的去离子水，反应体系中其他的液体包括碱糊化时溶解强碱的去离子水、中和丙烯酸时溶解氢氧化钾的去离子水、分散马铃薯淀粉的去离子水以及丙烯酸液体。