[发明专利]一种利用超声波制备可降解高吸水性树脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超声波处理技术，高效制备可降解高吸水性树脂的技术，属于高分子材料领域。

背景技术

我国常年种植玉米3334万公顷，按每公顷6000-7500公斤秸秆计算，每年可生产秸秆2000～2500亿公斤；每年广大农村秋收后，大量的玉米秸秆无处消化，或焚烧，或只用作燃料，遍地都是玉米秸秆，既污染了环境，又造成极大浪费。玉米秸秆中含有大量的糖分、粗纤维、蛋白质等有效成份和多种中、微量元素，属于农业固体废弃物中的一种，也是一种可再生资源。但目前玉米秸秆纤维素基本上没有得到有效利用，既造成资源极大浪费，又对环境造成污染。从资源的可持续利用、保护环境和生物体亲和性与生物分解性特点出发，人们对于再生秸秆纤维素的利用寄予了很大期望。通过秸秆纤维素资源化利用，开发环境友好的绿色产品，已成为绿色化学、化工研究中的热点领域。

上个世纪70年代，美国开发了淀粉-纤维素接枝共聚型高吸水性树脂。1975年日本的三洋化成开发了淀粉丙烯酸接枝共聚物，1978年产品进人市场。近年来，我国对高吸水性树脂进行了研究和开发，使高吸水性树脂形成了迅速发展的局面。高吸水性树脂主要包括两类，一类是基于天然高分子，例如淀粉和纤维素，接枝改性技术制备的，这类吸水树脂成本低，并可降解；另一类是合成高分子制备的，成本高，且不易降解。因此，利用天然资源开发可降解吸水性树脂已成为近期研究的热点。

纤维素接枝共聚型高吸水性树脂其原理主要是对纤维素进行改性，接枝上丙烯酸及其盐类的高吸水性化合物并交联，得到高吸水性树脂。西南石油学院石油工程学院的周明在《西南石油学院学报》第25卷第5期中报道了以硝酸铈铵为引发剂的高吸水性树脂的合成，并研究了其反应机理。青岛科技大学的刘淑娟在《弹性体》第13卷第2期中报道了过氧化氢/水体系中纤维素非均相接枝制备高吸水材料，并研究了其反应机理。

玉米秸秆中的纤维素的分子内和分子间存在着大量的氢键，同时纤维素聚集态结构的复杂性以及具有的高结晶度，使得纤维素对试剂的可及度低，溶解困难，反应性能及化学反应的均一性差，这直接影响到纤维素制品的使用性能。这就需要对其进行预处理。例如，华北工学院的杨慧群等人在《华北工学院学报》第23卷第1期上报道了利用膨爆技术对玉米秸秆进行预处理，破坏了纤维素分子结晶区的结构，大大提高了试剂的可及度。沈阳工业学院的李莉《精细化工》2001年第6期中报道了利用玉米秸秆制备羧甲基纤维素的工艺。

但是现阶段报导的合成方法大都需要氮气保护，对设备要求较高，制备及干燥时间长；且目前高吸水性树脂原料大多是淀粉，或者是桔梗棉花纤维中提取的纤维素，如中国专利01145399.0报道的一种纤维素衍生物吸水树脂的聚合过程需要高温且产物收取较为复杂，制备工艺繁琐；中国专利90105865.3报道的利用淀粉在氮气保护的条件下接枝丙烯腈制得的高吸水树脂，需要高温条件下用碱皂化，这些都提高了吸水树脂的成本，在一定程度上限制了其推广和应用。

传统方法制备吸水树脂，糊化时需要高温、氮气保护及机械搅拌，聚合时间长生产效率低，成本相对较高。目前还未见将超声波用于吸水性树脂制备的工艺报道，超声波作为一种新的能量形式应用于化学反应正日益受到人们关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超声波制备可降解高吸水性树脂的方法，制备简化了反应步骤，降低了反应要求，在无惰性气体保护的条件下即可完成反应，缩短了聚合时间，大大提高了生产效率。

本发明基于超声波处理技术，采用一种新的合成工艺制备了一种可降解的高吸水性树脂。它包括以下步骤：

1.玉米秸秆的改性：室温下，将玉米秸秆粉碎成粉末，过80～200目筛子；取质量份数为10～50份玉米秸秆粉与100～200份乙醇、20～100份浓度为50％的NaOH去离子水溶液，在25～40℃下搅拌反应1～2h后，加入15～70份氯乙酸和45份无水乙醇，在60～80℃下搅拌反应1～2h。将反应液中和后，过滤，用浓度为80％～90％的乙醇溶液洗涤过滤，干燥得到改性的玉米秸秆粉末。