[发明专利]耐盐性复合保水材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种耐盐性复合保水材料的制备，尤其涉及一种利用玉米棒芯、坡缕石为原料，与丙烯酸交联制备耐盐性复合保水材料的方法。

背景技术

高吸水复合材料（Superabsorbent Composite）是一种具有特殊性能的高分子材料，主要应用在农业和园艺等领域。高吸水复合材料又称为“高吸水性聚合物”、“吸水性高分子树脂”或“超强吸水剂”。自G.F.Fanta等报道了淀粉衍生物系高吸水树脂后，至20世纪70年代中期才出现了耐盐性高吸水树脂的研究工作，但是相关报道较少，制备的耐盐性高吸水树脂主要应用于卫生用品方面。20世纪80年代，关于耐盐性高吸水树脂的研究较多，研究内容主要涉及到以下几个方面：用天然产物及其衍生物（如海藻酸盐、纤维素、壳聚糖等）制备耐盐性高吸水性树脂：在体系中引入多种官能团来提高耐盐性、改善吸水速度和吸水后的凝胶强度；采用如电子束、微波辐射等方法引发聚合；引入无机物或其他有机物来提高耐盐性高吸水性能。1980年，H.Asaka等首次明确提出了耐盐性高吸水树脂这一概念。20世纪90年代后，耐盐性高吸水树脂的发展更加迅速，涉及到更多方面的内容，如何提高加压下的吸水率、吸水后的凝胶强度、表面干爽型、保水性能以及反复使用能力，更有效的提高吸水速度等，这一时期的研究比较注重实用性。2006年，A.Pourjavadi等人将水解胶原质与部分中和的丙烯酸共聚，并运用正交设计方法对主要制备工艺条件进行了优化，所制得的耐盐性高吸水树脂的吸水率为500g/g。G.B.Marandi等人将海藻酸钠和聚丙烯腈的混合物用NaOH进行碱解，制得了海藻酸/丙烯酰胺共聚丙烯酸钠复合型耐盐性高吸水树脂，其在0.9 %NaCl溶液中的吸水率为50g/g，该树脂具有高的pH值敏感性和低的盐敏性；2009年，G.B.Marandi等将苯乙烯及丙烯酸接枝到水解了的胶原质上，制备了一种含有疏水基团的高吸水性树脂，研究结果表明，苯乙烯的加入提高了树脂的耐盐性及加压吸水率。同年，S.Jockusch等人用过硫酸铵作为光敏剂，紫外线照射下将聚丙烯酸树脂颗粒进行了表面交联，相比于热交联的树脂，这种树脂具有一定的优异的性能。纵观近年来我国耐盐性高吸水树脂的研究历史，更多的是集中在利用植物秸秆（小麦，高粱，玉米等）复配丙烯酸，丙烯酰胺制备复合耐盐性高吸水树脂的开发上面。但是植物秸秆是农村牲畜喂养的主要原料，有关化验结果表明，玉米秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%-4%的蛋白质和0.5％-1%的脂肪，既可青贮，也可直接饲喂。就食草动物而言，2 kg的玉米秸秆增重净能相当于1kg的玉米籽粒，特别是经青贮、黄贮、氨化及糖化等处理后，可提高利用率，效益将争更可观。据研究分析，玉米秸秆中所含的消化能为2235.8kJ/kg，且营养丰富，总能量与牧草相当。

玉米棒芯，是成熟的玉米穗脱粒后剩下中间的花轴部分，俗称包谷棒子或棒子骨头。玉米棒芯在以前农村主要的用途是能源材料，目前由于新农村的推广，玉米棒芯已经失去了其作为燃烧能源的主要用途，成为农业的主要废弃物之一。实验证明，玉米棒芯含粗蛋白2.78%，粗纤维33.54%，钙0.27%，磷0.19%和9.64%水分。通过红外谱图（图1，图2）可以比较看出：玉米秸秆在2920cm^-1处为CH₃-CO-的伸缩振动吸收峰，反应出木质素中酮基的振动，由强度可以判断该植物秸秆中木质素含量高于纤维素及半纤维素。1605 cm^-1及1512 cm^-1处为木质素所含苯环的骨架吸收峰，这说明玉米秸秆木质素的含量相对最高，玉米棒芯谱图中这三个位置没有出峰，说明玉米棒芯中几乎不含木质素，但玉米棒芯在3553.6 cm^-1及3408.2 cm^-1处相对玉米秸秆有很强的C-OH振动，说明棒芯中纤维素的含量远高于秸秆中的含量。XRD表征发现，玉米秸秆的组分的结晶程度高于玉米棒芯，并且玉米秸秆中无机物的含量相对高。通过结构分析可以看出，玉米棒芯的纤维素含量高，更适合与制备保水材料。