[发明专利]一种水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒的制备方法

说明书

本发明提供一种水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒的制备方法，包括制备氧化淀粉分散液、制备乙烯基化氧化淀粉分散液、制备聚丙烯酸脂预聚体乳液、凝胶反应。本发明利用乙烯基硅烷偶联剂进行乙烯基化改性，采用全水相自由基聚合反应，实现水性丙烯酸树脂和乙烯基化氧化淀粉的交联共聚及凝胶化，研制出一种新型淀粉/水性丙烯酸树脂复合水凝胶材料。经热烘干、造粒后制得水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒，表现出优异的结构承载强度、吸水、保水、保肥、可生物降解性。作为一种天然高分子基复合水凝胶保水、保肥剂，将在现代精准农业中表现出广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒的制备方法，属于天然高分子材料领域。

背景技术

在世界范围内，干旱胁迫造成的粮食减产可能超过了其他因素所导致产量损失的总和。我国旱地面积占全国总土地面积的52. 5%，干旱是制约我国农业可持续发展的一个重要因素。近10 年来，我国农业用水量均占全国总用水量的60% 以上，随着我国农业水危机的不断加剧，农业向高产、稳产的方向发展，应大力发展旱地农田节水保水技术，以充分利用有限的降水资源，保证农业生产的可持续发展。应用保水剂是一种有效的措施，可达到改土、节水、增产的目标，尤其在我国北方旱作农业地区应大力推广。保水剂是一种吸水能力很强的高分子材料，被誉为“微型水库”，能吸收相当于自身成百上千倍的水分，且能够反复吸水、缓慢地释放，供植物吸收利用，这些特性使保水剂在干旱时能够发挥功效，缓解旱情。在保水剂进行分子成键吸液和溶胀吸液的同时，溶液中的养分离子也会同时进入到其分子结构中被包裹固持，而后随着水分释放及分子网状结构松弛而被缓慢释放，起到了养分离子的缓释效应。同时还能够改善土壤物理特性，促进种子萌发提高存活率，降低灌溉需求。

目前合成保水材料面临生产成本高、残留物不易降解等问题。随着各种高分子材料引入人们的生活，一些可再生、 易生物降解、废弃物可回收利用和环境友好等高分子材料的引起了人们的高度关注，其中，利用天然高分子材料制备绿色、可生物降解的复合材料的研究最为突出。淀粉由于其自然资源丰富、成本低廉、可再生和生物降解性成为科学研究的热点方向。在过去的几十年里，淀粉及其复合材料在现代农业、医药、化妆品、纺织和造纸工业等众多技术领域得到了广泛的应用。作为天然高分子基保水剂，淀粉、纤维素等因良好的吸水、保水性能得到了广泛的应用，然而由于淀粉自身的化学结构存在着一些固有的缺陷，例如，水凝胶体强度低，团聚力差容易松散流失，耐盐性及稳定性差，腐烂分解时间太短，难以起到长效保墒蓄水功能，故而在一定程度上限制了它们的应用。通过不同聚合物对淀粉分子进行化学改性，改善淀粉基复合材料综合应用性能成为新的研究方向。

目前资料报道主要以淀粉与丙烯酸树脂共混，或在淀粉分散液中加入一定量的丙烯酸类单体，直接进行自由基聚合，制得水性丙烯酸树脂改性淀粉保水剂颗粒。但由于淀粉分子间大量氢键的缔合，主要以团聚体颗粒形式存在，难溶于水和一般的有机溶剂，单靠水或有机溶剂稀释分散，存在着反应可及度差、时间长，接枝率低，交联键合主要发生在淀粉分散颗粒表面，聚合反应难以均匀和彻底进行，使得反应重现性差，使得丙烯酸树脂改性淀粉制备的保水剂，仍然存在水凝胶体强度低，团聚力差容易松散流失，分解时间短，保水保肥效果差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒的制备方法，本发明以绿色、廉价、可再生、可生物降解的天然高分子材料—淀粉（ST）为原料。根据淀粉（ST）特殊的分子构造，以及多糖分子链上分布着大量的活性基团（—OH），对ST进行化学改性及功能化。通过清洁、高效的电-Fenton氧化技术对ST进行氧化处理，提高反应的可及度，增强淀粉表面羟基的反应活性。再利用乙烯基硅烷偶联剂进行乙烯基化改性，采用全水相自由基聚合反应，实现水性丙烯酸树脂和乙烯基化氧化淀粉的交联共聚及凝胶化，研制出一种新型淀粉/水性丙烯酸树脂复合水凝胶材料。经热烘干（80℃ ~90℃）、粉碎、造粒（10~35目）后制得水性丙烯酸树脂改性淀粉基水凝胶保水剂颗粒，实现以下发明目的：

（1）提高水凝胶体强度；

（2）延长降解周期；