[发明专利]一种碳酸钙/甘蔗渣纤维素基高吸水树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳酸钙/甘蔗渣纤维素基高吸水树脂及其制备方法，属于高吸水树脂制备技术领域。本发明以甘蔗渣和改性多孔碳酸钙为原材料，过硫酸铵为引发剂，N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，丙烯酸和丙烯酰胺为接枝单体，采用水溶液聚合接枝法制备了碳酸钙/甘蔗渣纤维素基复合高吸水材料；在最佳条件下该吸水树脂吸水倍率达900 g/g以上、吸盐（0.9wt.%NaCl）倍率达到135 g/g以上，高于现在已经产业化应用的吸水材料。并且该材料在开始吸水的1 min内吸水倍率可达300 g/g以上，吸盐（0.9wt.%NaCl）倍率达到45 g/g以上。由于其快速吸水，以及强大的吸水能力和耐盐效果，在儿童和成人卫生用品，以及农业保水材料方面等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高吸水树脂制备技术领域，尤其涉及到利用制糖厂废弃物甘蔗渣为原材料，无机多孔材料为添加剂，提供一种水溶液接枝聚合制备碳酸钙/甘蔗渣纤维素基高吸水树脂的方法，操作简便，反应条件温和，可大规模生产，是一种快速吸水，耐盐性的高吸水树脂，具有很好的应用前景。

背景技术

高吸水树脂高吸水材料是一种能吸收并保持自身重量数百倍的乃至数千倍的纯水或数十倍生理盐水的具有三维网状结构的功能高分子材料，广泛应用于日用、化工、轻工、医药卫生等领域，但目前的高吸水材料大多存在成本高、耐盐性差、吸水速率慢等相关问题。目前研究较多的纤维素基改性高吸水树脂，具有成本低廉、对环境友好、生物相容性等优点。甘蔗是广西丰富的特色天然资源，经过榨糖之后剩余的甘蔗渣富含大量的纤维素，并且每年由甘蔗制糖产生的蔗渣已超过2000万吨，这些蔗渣除了一小部分被用于造纸行业，其他大部分都被燃烧处理，不仅浪费了资源，也污染了环境，因此利用蔗渣制备复合高吸水树脂不仅具有经济价值，也具有环保意义，并为蔗渣的综合利用提高了新的思路。

当吸水材料组分全为有机组分时，吸液后的凝胶强度、热稳定性、保水性和耐盐性都较差，并且制备成本较高。通过使用廉价的无机原料对其进行改性复合，获得一种有机-无机复合吸水树脂，可以大大改善树脂的各项性能。将改性后的多孔碳酸钙加入，引入物理交联点，使得吸水树脂形成半穿网络结构，不仅增加了吸水的吸水效果和耐盐率，也使得吸水后的凝胶强度变大，具有更好的保水性。

目前纤维素基高吸水树脂的生产大都采用水溶液聚合法，水溶液聚合法是指在光、热、辐射、引发剂的作用下，将单体、引发剂、交联剂溶于适当的溶剂中，达到聚合条件下发生聚合反应，再将溶剂去除获得聚合物的方法。溶液聚合制备高吸水性聚合物常见于自由基聚合，符合自由基聚合的一般规律。溶液聚合的优点在于聚合过程体系粘度低，单体以及聚合物混合较均匀，传热容易，温度可控，可以避免局部过热，成本低廉，可大规模生产。近些年来国内在利用水溶液接枝聚合法制备高吸水材料做了一些研究，如:文献以醚化预处理玉米秸秆(PTCS)为基体，丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体，过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，采用水溶液聚合法制备PTCS接枝AA、AM共聚物[PTCS-g-P(AA-co-AM)]。研究了合成条件对树脂吸水率的影响，考察了树脂重复吸水和保水性能，制备高吸水性树脂对蒸馏水和0.9%NaCl水溶液的最大的吸水率分别为144.04 g/g、30.60 g/g，且重复吸水和保水性能良好。(化工进展，2015，1：198-202)。

虽然现有技术对吸水树脂的吸水率和耐盐性有一定的研究，但是对于树脂吸水后强度以及吸液速率提升并没有很大的进展。将无机碳酸钙加入甘蔗渣聚合物中会使高分子聚合物在聚合的时候结构产生明显的变化，通过改变碳酸钙的用量，可以使得吸水树脂之间存在较大的孔隙结构，让其在初期吸水时水分子能快速进入吸水树脂内部；并且有机无机互穿的网络骨架，使得吸水后树脂强度有所提高，具有更好的保水率。

发明内容

本发明的目的是为了解决吸水材料吸水速度慢，耐盐效果差，通过广西丰富的甘蔗渣和CaCO₃为原材料，提供一种溶液接枝聚合制备CaCO₃/甘蔗渣纤维素基复合高吸水树脂的方法，本发明操作简单、稳定性好、反应易控制，生产成本低廉，设备简单，该方法得到吸水树脂产品吸水速率块，耐盐性好，吸水保水率高。