專利名稱：一種高吸水保水劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種由反相懸浮聚合法制備聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)保水劑的制備方法及其保水劑，屬于保水劑制備技術領域。
背景技術：
保水劑是一種具有高吸水保水特性的高分子聚合物，已廣泛應用于農林業土壤節水保濕、工業、醫療等領域。目前，較為普遍使用的是丙烯酸類保水劑。隨著科技進步和研究發現，將無機粘土加入到保水劑三維網絡結構中，不僅可以提高其綜合性能，如吸水性能、耐鹽性、機械強度、熱穩定性等，還能有效降低生產成本。中國專利01143497. X采用自由基水溶液聚合的方法，采用丙烯酰胺和丙烯酸鉀共聚，復合添加劑為高嶺土和膨潤土，制備出了高吸水性復合樹脂P(AM-KAA)KB,該樹脂吸水率達到 200 ^Ogg—1，吸鹽倍率達到28 ‘Sgg—1，并具有很好的抗壓、保水、重復吸水性能。但水溶液聚合方法聚合速度慢，熱量難以散發，得到的產品產率低，體系粘度大，后處理困難，其性能還有待于進一步提高。反相懸浮聚合法由于反應散熱快、控溫容易，產品分子量較高，以及產物為小顆粒狀，后處理方便，成本低廉等優點，引起了研究人員越來越多的關注。河南科技大學的梁蕊蕊等人采用反相懸浮法制備了丙烯酸-丙烯酰胺/蒙脫土農用復合吸水樹脂，發現當單體配比為2 1，油水比為3 1，蒙脫土用量為10%時，樹脂具有最好的吸水性和保水性。吸水倍率達到TSOgg-1，吸鹽倍率達到QSgg-1，50°C下10小時后樣品保水率為49%。天津城建學院的樂俐等人以丙烯酸和丙烯酰胺為單體，以高嶺土為無機填料，采用反相懸浮法制備了高嶺土復合淀粉接枝丙烯酰胺-丙烯酸高吸水樹脂，其最高吸水倍率達到647βΡ，吸鹽倍率達到TTgg—1，60°C下5小時后保水率仍在50%以上，吸鹽水的保水率略高于吸蒸餾水的保水率，但其對保水劑性能的提高還不十分明顯。因此，優化工藝參數，進一步提高保水劑的綜合性能，就成為本發明所需解決的首要問題。
發明內容
鑒于上述現有情況，本發明旨在提供一種更加優化的保水劑及其制備方法，以進一步提高保水劑的吸水、吸鹽倍率以及保水性。本發明是通過以下技術方案來實現的一種高吸水保水劑，以質量份數為3份的丙烯酸和2份的丙烯酰胺為單體，以占單體總質量0. 1 0. 3%的過硫酸鉀為引發劑，占單體總質量0. 02 0. 03%的N-N，亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，各占單體總質量3 7 %的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000為防粘劑，占單體總質量5 15%的膨潤土或煅燒高嶺土作為無機填料，以形成水相，以環己烷為溶劑，使油相與水相體積比為1.5 1 3 1，以單硬脂酸甘油酯為分散劑，用量為單體總質量的3 10%，經反相懸浮聚合法制備得出。
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一種高吸水保水劑的制備方法，具體步驟包括a)在冰浴中，用氫氧化鈉中和質量份數為3份的丙烯酸，控制中和度在70% 80 %范圍內，后加入質量份數為2份的丙烯酰胺組成單體，并依次加入占單體總質量0. 1 0. 3%的過硫酸鉀、占單體總質量0. 02 0. 03%的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各占單體總質量3 7 %的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000，以及占單體總質量5 15 %的膨潤土或煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。b)將環己烷和單硬脂酸甘油酯加入到反應瓶中，并保持油相與步驟a)中水相體積比為1.5 1 3 1，單硬脂酸甘油酯用量為單體總質量的3 10%，在60°C 70°C 恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。c)將步驟a)水相混合液滴加到步驟b)油相中，并緩慢升溫至70°C 74°C，分階段攪拌反應2. 5 4小時，以充分聚合。d)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在50°C 60°C下干燥至恒重，制備完成。所述步驟a)中依次加入占單體總質量0.2%的過硫酸鉀、占單體總質量0.02%的 N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各占單體總質量5%的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000，以及占單體總質量10%的膨潤土或煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。所述步驟b)中油相與水相的體積比為2 1，單硬脂酸甘油酯用量為單體總質量的8%。本發明所述的一種高吸水保水劑及其制備方法具有以下有益效果采用本方法制備的聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)保水劑吸水倍率達到1250 l^Ogg—1，吸鹽(0. 9wt. % NaCl)倍率達到100 UOgg—1，70°CT 13小時后樣品保水率仍能達到50%以上。具有制備過程簡單、方便，取材廣泛，后處理靈活，成本低廉的優點，可廣泛適用于各種農田水利建設和醫療、環保領域中，具有廣闊的市場前景。
具體實施例方式本發明所述的一種高吸水保水劑，以質量份數為3份的丙烯酸和2份的丙烯酰胺為單體，以占單體總質量0. 1 0.3%的過硫酸鉀為引發劑，占單體總質量0. 02 0. 03% 的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，各占單體總質量3 7%的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000為防粘劑，占單體總質量5 15%的膨潤土或煅燒高嶺土作為無機填料，以形成水相，再以環己烷為溶劑，使油相與水相體積比為1.5 1 3 1，以單硬脂酸甘油酯為分散劑，用量為單體總質量的3 10%，經反相懸浮聚合法制備得出聚(丙烯酸/丙烯酰胺/ 粘土)保水劑。本發明所述的一種高吸水保水劑的制備方法，包括步驟一在冰浴中，用氫氧化鈉中和質量份數為3份的丙烯酸，控制中和度在 70% 80%范圍內，后加入質量份數為2份的丙烯酰胺組成單體，并依次加入占單體總質量0. 1 0. 3%的過硫酸鉀、占單體總質量0. 02 0. 03%的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各占單體總質量3 7 %的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000，以及占單體總質量5 15 %的膨潤土或煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。步驟二將環己烷和單硬脂酸甘油酯加入到反應瓶中，并保持油相與步驟一中水相體積比為1.5 1 3 1，單硬脂酸甘油酯用量為單體總質量的3 10%，在60°C 70°C 恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。步驟三將步驟一的水相混合液滴加到步驟二的油相中，緩慢升溫至70°C 74°C， 并分階段攪拌反應2. 5 4小時，以充分聚合。步驟四待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在50°C 60°C 下干燥至恒重，制備完成。下面結合實施例對本發明做進一步的具體描述實施例11)在冰浴中，用氫氧化鈉中和18g丙烯酸，并控制中和度為80%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入12g丙烯酰胺、0. 09g的引發劑過硫酸鉀、 0. 006g交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各Ig的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。 最后待溶液澄清后再加入3g膨潤土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為3 1，將150mL環己烷和3g單硬脂酸甘油酯混合，在 65°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2)油相中，并緩慢升溫至70°C攪拌反應1小時，再緩慢升溫至72°C攪拌反應1小時，最后緩慢升溫至74°C繼續反應1小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在50°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/膨潤土)保水劑的吸水倍率為135(^一，吸鹽倍率為 UOgg^TOt下13小時后樣品保水率仍能達到M%。實施例21)在冰浴中，用氫氧化鈉中和24g丙烯酸，并控制中和度為70%，以形成丙烯酸、丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入16g丙烯酰胺、0.06g的引發劑過硫酸鉀、0. 009g交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各1. 5g的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入4. 5g煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為2. 5 1，將125mL環己烷和2g單硬脂酸甘油酯混合， 并在60°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2)油相中，并緩慢升溫至70°C攪拌反應1小時，再緩慢升溫至72°C繼續反應1. 5小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在60°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/煅燒高嶺土)保水劑的吸水倍率為132(^一，吸鹽倍率為IlOgg-1JOt:下13小時后樣品保水率仍能達到50%。實施例31)在冰浴中，用氫氧化鈉中和36g丙烯酸，并控制中和度為70%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入24g丙烯酰胺、0. 09g引發劑過硫酸鉀、0. 006g 交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各2g的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入1. 5g煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為1.5 1，將75mL的環己烷和Ig單硬脂酸甘油酯混合，
5并在60°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2)油相中，并緩慢升溫至70°C攪拌反應1小時，再緩慢升溫至72°C攪拌反應2小時，最后緩慢升溫至74°C繼續反應1小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在55°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/煅燒高嶺土)保水劑的吸水倍率為USOgg—1，吸鹽倍率為lOOggHjOt下13小時后樣品保水率仍能達到50%。實施例41)在冰浴中，用氫氧化鈉中和24g丙烯酸，并控制中和度為80%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入16g丙烯酰胺、0. 03g引發劑過硫酸鉀、0. 009g 交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各1. 5g的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入3g膨潤土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為2. 5 1，將125mL的環己烷和1.5g單硬脂酸甘油酯混合，并在70°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2、油相中，并緩慢在70°C攪拌反應1小時， 再緩慢升溫至72°C繼續反應1. 5小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在50°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/膨潤土)保水劑的吸水倍率為UOOgg—1，吸鹽倍率為 lOTgg^TOt下13小時后樣品保水率仍能達到52%。實施例51)在冰浴中，用氫氧化鈉中和18g丙烯酸，并控制中和度為70%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入12g丙烯酰胺、0. 06g引發劑過硫酸鉀、0. 009g 交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各Ig的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入1. 5g膨潤土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為3 1，將150mL的環己烷和2.4g單硬脂酸甘油酯混合， 并在70°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2)油相中，并緩慢升溫至72°C攪拌反應1小時，再緩慢升溫至73°C攪拌反應1小時，最后緩慢升溫至74°C繼續反應1小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在60°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/膨潤土)保水劑的吸水倍率為127(^Ρ，吸鹽倍率為 lOSgg^TOt下13小時后樣品保水率仍能達到50%。實施例61)在冰浴中，用氫氧化鈉中和36g丙烯酸，并控制中和度為80%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入24g丙烯酰胺、0. 03g引發劑過硫酸鉀、0. 006g 交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各2g的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入4. 5g煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為1.5 1，將75mL的環己烷和Ig單硬脂酸甘油酯混合，并在65°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2、油相中，并緩慢升溫至70°C攪拌反應半小時，再緩慢升溫至72°C繼續反應3小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在55°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/煅燒高嶺土)保水劑的吸水倍率為UOSgg—1，吸鹽倍率為IUgg-1JOt:下13小時后樣品保水率仍能達到M%。實施例71)在冰浴中，用氫氧化鈉中和36g丙烯酸，并控制中和度為80%，以形成丙烯酸、 丙烯酸鈉混和溶液。之后，向溶液中依次加入24g丙烯酰胺、0. 12g引發劑過硫酸鉀、0. 012g 交聯劑N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各3. Og的防粘劑聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000。最后待溶液澄清后再加入6. Og膨潤土，以形成水相混合溶液。2)按油相與水相體積比為2. O 1，將75mL的環己烷和4.8g單硬脂酸甘油酯混合，并在65°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相。3)將步驟1)水相混合液滴加到步驟2、油相中，并緩慢升溫至70°C攪拌反應半小時，再緩慢升溫至72°C繼續反應3小時以充分聚合。4)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在55°C下干燥至恒重。該聚(丙烯酸/丙烯酰胺/煅燒高嶺土)保水劑的吸水倍率為135(^一，吸鹽倍率為UOgg-1JOt:下13小時后樣品保水率仍能達到61%。
權利要求
1.一種高吸水保水劑，其特征在于，以質量份數為3份的丙烯酸和2份的丙烯酰胺為單體，以占單體總質量0. 1 0.3%的過硫酸鉀為引發劑，占單體總質量0. 02 0. 03% 的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，各占單體總質量3 7%的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000為防粘劑，占單體總質量5 15%的膨潤土或煅燒高嶺土作為無機填料，以形成水相，以環己烷為溶劑，使油相與水相體積比為1.5 1 3 1，以單硬脂酸甘油酯為分散劑，用量為單體總質量的3 10%，經反相懸浮聚合法制備得出。
2.一種高吸水保水劑的制備方法，其特征在于，具體步驟包括a)在冰浴中，用氫氧化鈉中和質量份數為3份的丙烯酸，控制中和度在70% 80%范圍內，后加入質量份數為2份的丙烯酰胺組成單體，并依次加入占單體總質量0. 1 0. 3% 的過硫酸鉀、占單體總質量0. 02 0. 03%的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各占單體總質量3 7%的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000，以及占單體總質量5 15%的膨潤土或煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液；b)將環己烷和單硬脂酸甘油酯加入到反應瓶中，并保持油相與步驟a)中水相體積比為1.5 1 3 1，單硬脂酸甘油酯用量為單體總質量的3 10%，在60°C 70°C恒溫水浴鍋中加熱預攪拌，以形成油相；c)將步驟a)水相混合液滴加到步驟b)油相中，并緩慢升溫至70°C 74°C，分階段攪拌反應2. 5 4小時，以充分聚合；d)待反應產物冷卻后，過濾取出反應產物并放入真空烘箱中，在50°C 60°C下干燥至恒重，制備完成。
3.根據權利要求2所述的一種高吸水保水劑的制備方法，其特征在于，所述步驟a)中依次加入占單體總質量0. 2%的過硫酸鉀、占單體總質量0. 02%的N-N’亞甲基雙丙烯酰胺、各占單體總質量5%的聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000，以及占單體總質量10%的膨潤土或煅燒高嶺土，以形成水相混合溶液。
4.根據權利要求2所述的一種高吸水保水劑的制備方法，其特征在于，所述步驟b)中油相與水相的體積比為2 1，單硬脂酸甘油酯用量為單體總質量的8%。
全文摘要
本發明公開了一種高吸水保水劑及其制備方法以丙烯酸和丙烯酰胺為單體、過硫酸鉀為引發劑、N-N’亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑、聚乙二醇-2000和聚乙二醇-6000為防粘劑、膨潤土或煅燒高嶺土作為無機填料，以形成水相；以環己烷為溶劑、以單硬脂酸甘油酯為分散劑，使油相與水相混合后經反相懸浮聚合法制備得出。其制備的聚(丙烯酸/丙烯酰胺/粘土)保水劑吸水倍率達到1250～1350gg-1、吸鹽(0.9wt.％NaCl)倍率達到100～120gg-1、70℃下13小時后樣品保水率仍能達到50％以上，可廣泛適用于各種農田水利建設和醫療、環保領域中。
文檔編號C08F2/32GK102167769SQ201110038859
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者劉德峰, 劉敏, 吳紫萍, 張騰, 朱紅青, 王毅, 索紅莉, 趙鋒, 郭艾東, 馬麟 申請人:中國礦業大學(北京), 北京工業大學, 北京艾力永泰能源科技有限公司