[发明专利]一种用于基质的接枝共聚秸秆与凹凸棒土复合保水材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于基质的接枝共聚秸秆与凹凸棒土复合保水材料及其制备方法。本发明通过使用秸秆和凹凸棒土和丙烯酸‑丙烯酰胺以微波辐射聚合法进行聚合反应生成高吸水性树脂(保水材料)，降低了生产成本，综合性能优良，应用范围广泛。创造性的将秸秆直接用于高吸水性树脂合成，避免了对其进行碱处理所造成的环境污染。合成的复合高吸水性树脂具有良好的吸水性、耐盐性、高保水性和可生物降解能力的优良综合性能，特别适用于无土栽培、农林、环境保护、园林等领域。

技术领域

本发明涉及一种用于基质的接枝共聚秸秆与凹凸棒土复合保水材料及其制备方法，属于高吸水材料保水剂制备领域，主要应用于育苗基质和无土栽培基质的保水。

背景技术

保水材料(保水剂)，又称高分子吸水剂、高吸水性树脂(Super absorbentpolymer，简写为SAP)，是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物。它既不溶于水也不溶于有机溶剂，与传统的吸水材料相比，能够吸收相当于自身质量几百到上千倍的水，吸水膨胀后形成的凝胶网格结构稳定，吸收的水分在一定的压强下也不易流失，具有良好的保水性能。因此在农林、医疗卫生、环境保护、工业等方面得到广泛应用。

高吸水性树脂(保水剂)按照原料来源的不同主要分为三大类：淀粉类、纤维素类和合成聚合物类。目前，市场上主流的高吸水性树脂大多是以石油加工产物丙烯酸、丙烯酰胺等为主要原料的合成聚合物类高吸水性树脂。该类树脂虽具有吸水率高、吸水速率快和高保水性等优点，但其对不可再生资源的依赖性大，生产成本高，且存在残留毒性大、不易降解对环境污染大、不能循环使用等缺点。对于当前世界能源日益紧缺和环境问题严重的今天，其应用范围开始逐渐受到限制，在市场上的竞争力也变差。为了解决此问题，近年来，利用纤维素、植物秸秆、高岭土、蒙脱土和凹凸棒等无机矿物来制备无机-有机复合高吸水树脂得到了长足发展，并表现出了良好的综合性能。

秸秆作为一种可再生资源在我国每年产量丰富，成本低廉，但多年来都未得到充分利用，大部分秸秆在收获后直接被焚烧，造成了天然资源的巨大浪费，又造成了环境污染。利用天然植物秸秆作为主要原料制备出来的高吸水性树脂具有较好的生物降解性和耐盐性，且pH易调控，还为农业废弃秸秆的有效利用提供了新的方法。但目前利用植物秸秆制备高吸水树脂的方法均要对秸秆进行碱预处理，在此工业过程中会产生大量的碱液，对环境造成严重污染。

凹凸棒是一种具有针状三维结构的水合镁铝硅酸盐，其表面有大量的亲水性羟基，可以和有机单体反应，在我国储量丰富，价格低廉，具有很好的抗盐、吸附和胶体等性能。引入凹凸棒粘土不但可以极大地提高树脂的吸水及耐盐性能，同时还能降低生产成本，有利于高吸水性树脂的工业化生产和实际应用领域的拓宽。

微波辐射促进化学反应技术是一种新兴的高分子合成技术,与传统的水溶液聚合方法相比,微波辐射聚合法可以大幅度缩短反应时间，提高生产效率；反应过程均匀并可以抑制副产物的产生，不会对环境造成污染，使其在树脂制备领域得到了应用。

无土栽培，是指以水、草炭或森林腐叶土、蛭石等介质作植株根系的基质固定植株，植物根系能直接接触营养液的栽培方法。无土栽培中营养液成分易于控制，且可随时调节。在光照、温度适宜而没有土壤的地方，如沙漠、海滩、荒岛，只要有一定量的淡水供应，便可进行。无土栽培可以有效地在节约水肥的同时达到高产，并且无需进行中耕、翻地等田间作业，省工省力、便于管理，符合未来农业现代化发展的需要。无土栽培根据栽培介质的不同分为水培、雾培和基质栽培，其中基质栽培在我国作为无土栽培的主要形式具有巨大的发展潜力。

基质栽培是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，通过营养液供给作物水分和养分的一种栽培方式。栽培基质可以装入塑料桶内，或铺于栽培沟或槽内，因此通常在设施内进行。通常设施内环境相较于外界环境温度更高，同时由于基质通气性强的特点，基质水分的蒸散量以及淋溶流失量较高，使基质栽培存在水分不易保存的缺点，造成作物水肥吸收不均匀，缺素现象时常发生，制约了无土栽培的可持续发展。因此，开发适合无土栽培基质保水的高吸水性树脂材料尤为关键，通过添加到基质中以提高其保水能力，改善其物理特性。