專利名稱：一種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備高吸水樹脂的方法，特別是涉及ー種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法
背景技術：
高吸水樹脂是ー種具有三維網狀結構的新型功能高分子材料，能夠吸收自重幾百倍到上千倍的水分，具有“超強吸水劑”之稱；適度交聯的三維網狀結構又使其所吸收的水分不能采用一般的物理方法擠出，因此具有良好的保水能力，廣泛應用于農業、園藝、衛生護理、醫藥和エ業等領域。目前全世界高吸水性樹脂的需求量以每年8% 10%的速率遞增，其中聚丙烯酸系高吸水樹脂產量占到全世界高吸水樹脂生產的80%，成為這一行業的主流產品。但是聚丙烯酸系的單體主要來源于日益枯竭的石油資源，合成的聚合物難以被土壤中的微生物分解，因此大量使用廢棄后易造成對環境的極大污染。中國專利(CN 101864036A) “利用植物秸桿合成高吸水樹脂的方法”就以植物的秸桿為原料制備高吸水樹脂；中國專利(CN101864036A) “環境友好的木素高吸水樹脂及其制備方法”將高純木素引入高吸水樹脂體系中；中國專利(CN101638456) “ー種以馬鈴薯淀粉為原料制備具有交聯結構的高吸水樹月旨的方法”和美國專利(US007423106B2) “Superabsorbent polymer product and use inagriculture")均以淀粉為原料接枝共聚丙烯基單體得到高吸水樹脂。目前，還未見到使用廢棄木質植物枝條作為大分子骨架原料，來制備高吸水樹脂的成熟エ藝或相關技木。我國是個農林大國，姆年產生的農林廢棄物約有6. 5億至7億噸。其中大部分廢棄的農林作物直接焚燒或長期棄置于自然環境中，如果不加合理的利用和處理，不僅造成資源的極大浪費，而且嚴重影響大氣環境。以桑樹枝條為例，我國蠶繭產量40萬噸/年計，需要大約800萬畝桑田來提供桑葉，可年產177多萬噸廢棄的枝條。目前桑樹培植的主要目的是為獲取桑葉喂蠶，而對桑枝的開發利用卻極少，主要作為干柴焚燒或直接堆棄。木質植物枝條中含有纖維素、半纖維素和木素等大分子多糖，具有潛在的應用價值，因此，尋找廢棄木質植物枝條的高值化再利用途徑對保護環境、實現資源的高值化再利用具有重大的現實意義。
發明內容
為了克服現有高吸水樹脂生物降解性能較差、生產成本較高、吸水倍率較低以及現有廢棄木質植物枝條利用率低下等問題，本發明的目的是提供ー種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法。為實現上述目的，本發明的技術方案是采用以下步驟
1)將廢棄木質植物枝條洗凈、干燥，再用植物粉碎機粉碎，經100目篩網過濾，得到粒徑小于等于O. 15mm的枝條粉末；
2)將步驟I)中得到的枝條粉末置于去離子水中，枝條粉末與去離子水的質量比為1:20 30 ；
3)對枝條粉末與去離子水的混合物進行加熱，攪拌5 30分鐘，加熱溫度為5(T70°C，并通入氮氣；
4)保持加熱溫度5(T70°C和通入氮氣下，加入引發劑5 20分鐘后，再依次加入經過碳酸氫銨中和的丙烯酸和丙烯酰胺進行接枝聚合，再加入交聯劑并調整整個反應的去離子水含量與枝條粉末的質量比為3(Γ40:1后，再反應2-3小時得到棕黃色凝膠；
5)取出步驟4)中所述的棕黃色凝膠，并切塊、水洗，再在60 100で下鼓風干燥，得到高吸水樹脂。所述的引發劑為過硫酸銨，引發劑與枝條粉末的質量比為O. 05 O. 2:1 ;碳酸氫銨與丙烯酸的摩爾數比為O. 6 O. 9:1 ;未經過碳酸氫銨中和的丙烯酸與丙烯酰胺的質量比為1:1 4:1 ;未經過碳酸氫銨中和的丙烯酸和丙烯酰胺的總和與枝條粉末的質量比為4 10:1 ;交聯劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，交聯劑與枝條粉末的質量比為O. 02 O. 05:1 ο所述的廢棄木質植物枝條為桑樹枝條、楊樹枝條或桉樹枝條。與背景技術相比，本發明具有的有益效果是
(1)本發明采用廢棄木質植物枝條，經洗浄、干燥后直接粉碎作為合成高吸水樹脂主要原料，不需要進ー步化學處理，エ藝簡単、環保且原材料來源廣泛；
(2)本發明在高吸水樹脂中弓I入廢棄木質植物枝條，實現了農林作物廢棄資源的高值化再利用，制備成本較低、可生物降解、吸水性能較為優異的，適用于農業、園藝和衛生護理等領域的聞吸水樹脂。
圖I是實施例2高吸水樹脂B的掃描電鏡圖。圖2是實施例2高吸水樹脂B在去離子水中的吸水倍率隨時間的變化曲線。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進ー步說明。實施例I:
1)將廢棄的桑樹枝條洗浄、干燥，再用植物粉碎機粉碎，經100目篩網過濾，得到粒徑小于等于O. 15mm的桑樹枝條粉末；
2)將步驟I)中得到的桑樹枝條粉末Ig置于25ml去離子水中；
3)對枝條粉末與去離子水的混合物進行加熱，攪拌15分鐘，加熱溫度為70°C，并通入
氮氣；
4)保持加熱溫度70°C和通入氮氣下，在枝條粉末與去離子水的混合物中加入過硫酸銨O. 15g的10 min后，在3. 2g丙烯酸中加入2. 2g碳酸氫銨進行中和，依次將經過中和得到的丙烯酸和O. Sg丙烯酰胺加入進行接枝聚合，再加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺O. 03g并調整整個反應的去離子水含量至40 ml后再反應2小時，得到棕黃色凝膠；
5)取出步驟4)中所述的棕黃色凝膠，并切塊、水洗，再在60°C下鼓風干燥，得到高吸水樹脂A。
實施例2:
1)將廢棄的楊樹枝條洗凈、干燥，再用植物粉碎機粉碎，經100目篩網過濾，得到粒徑小于等于O. 15mm的枝條粉末； 2)將步驟I)中得到的Ig枝條粉末置于20ml去離子水中；
3)對枝條粉末與去離子水的混合物進行加熱，攪拌30分鐘，加熱溫度為60°C，并通入
氮氣；
4)保持加熱溫度60°C和通入氮氣下，在枝條粉末與去離子水的混合物中加入過硫酸銨O. 2g的20 min后，在4g丙烯酸中加入3. 3g碳酸氫銨進行中和，依次將經過中和得到的丙烯酸和2g丙烯酰胺加入進行接枝聚合，再加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺O. 05g并調整整個反應的去離子水含量至30 ml后再反應2. 5小時，得到棕黃色凝膠；
5)取出步驟4)中所述的棕黃色凝膠，并切塊、水洗，再在100°C下鼓風干燥，得到高吸水樹脂B。實施例3:
1)將廢棄的桉樹枝條洗凈、干燥，再用植物粉碎機粉碎，經100目篩網過濾，得到粒徑小于等于O. 15mm的枝條粉末；
2)將步驟I)中得到的枝條粉末Ig置于30ml去離子水中；
3)對枝條粉末與去離子水的混合物進行加熱，攪拌5分鐘，加熱溫度為50°C，并通入氮
氣;
4)保持加熱溫度50°C和通入氮氣下，在枝條粉末與去離子水的混合物中加入過硫酸銨
O.05g的5 min后，在5g丙烯酸中加入4. 8g碳酸氫銨進行中和，依次將經過中和得到的丙烯酸和5g丙烯酰胺加入進行接枝聚合，再加入N，N-亞甲基雙丙烯酰胺并調整整個反應的去離子水含量至35 ml后再反應3小時，得到棕黃色凝膠；
5)取出步驟4)中所述的棕黃色凝膠，并切塊、水洗，再在80°C下鼓風干燥，得到高吸水樹脂C。測定實施例1、2、3制備得到的三種高吸水樹脂在去離子水、自來水以及O. 9%NaCl鹽水中的吸水性能。表I為由實施例1、2、3所制備的高吸水樹脂吸水2小時后的吸水倍率測試結果。從表I可知，采用本發明所述的制備方法所得的高吸水樹脂A、B、C的吸水倍率均有良好的吸水性能，其中高吸水樹脂B的吸水倍率最優異，其吸收去離子水、自來水、鹽水的倍率分別達到575 g/g、288 g/g和70 g/g，符合高吸水樹脂的特征。如圖I，從聞吸水樹脂B的掃描電鏡圖可以看出，這種聞吸水樹脂的表面分布著空洞和凹坑。這些空洞和凹坑可以提高高吸水樹脂與水分接觸的面積，有利于快速的吸收水分，從而提聞聞吸水樹脂的吸水速率。如圖2，可以看出這種經粉碎后得到的不同粒徑的高吸水樹脂B具有不同的吸水速率，16-20目的高吸水樹脂在20min內可以達到吸水飽和，而粒徑更小的80目以上的高吸水樹脂僅在2min中內就可以達到吸水飽和,這說明這種高吸水樹脂具有較快的吸水速率。表I
權利要求
1.一種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法，其特征在于包括以下步驟 1)將廢棄木質植物枝條洗凈、干燥，再用植物粉碎機粉碎，經100目篩網過濾，得到粒徑小于等于O. 15mm的枝條粉末； 2)將步驟I)中得到的枝條粉末置于去離子水中，枝條粉末與去離子水的質量比為1:20 30 ； 3)對枝條粉末與去離子水的 混合物進行加熱，攪拌5 30分鐘，加熱溫度為5(T70°C，并通入氮氣； 4)保持加熱溫度5(T70°C和通入氮氣下，加入引發劑5 20分鐘后，再依次加入經過碳酸氫銨中和的丙烯酸和丙烯酰胺進行接枝聚合，再加入交聯劑并調整整個反應的去離子水含量與枝條粉末的質量比為3(Γ40:1后，再反應2-3小時得到棕黃色凝膠； 5)取出步驟4)中所述的棕黃色凝膠，并切塊、水洗，再在6(Γ100 下鼓風干燥，得到高吸水樹脂。
2.根據權利要求I所述的一種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法，其特征在于所述的引發劑為過硫酸銨，引發劑與枝條粉末的質量比為O. 05 0.2:1 ;碳酸氫銨與丙烯酸的摩爾數比為O. 6 O. 9:1 ;未經過碳酸氫銨中和的丙烯酸與丙烯酰胺的質量比為1:1 4:1 ;未經過碳酸氫銨中和的丙烯酸和丙烯酰胺的總和與枝條粉末的質量比為4 10:1 ;交聯劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，交聯劑與枝條粉末的質量比為O. 02 O. 05: I。
3.根據權利要求I所述的一種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法，其特征在于所述的廢棄木質植物枝條為桑樹枝條、楊樹枝條或桉樹枝條。
全文摘要
本發明公開了一種基于廢棄木質植物枝條制備高吸水樹脂的方法。將廢棄木質植物枝條洗凈干燥，用植物粉碎機粉碎，經篩網過濾，得枝條粉末后置于去離子水中，進行加熱并保持溫度，并始終通入氮氣進行攪拌；加入引發劑后，依次加入經過碳酸氫銨中和的丙烯酸、丙烯酰胺，加入交聯劑并調整整個反應的去離子水含量，再反應得棕黃色凝膠；取出棕黃色凝膠切塊、水洗，在一定溫度下鼓風干燥，得到高吸水樹脂。本發明采用的廢棄木質植物枝條不需要進一步化學處理，工藝簡單、環保且原材料來源廣泛，實現了農林廢棄資源的高值化再利用，具有成本較低、可生物降解、吸水性能好的特點，適用于農業、園藝和衛生護理等領域。
文檔編號C08F220/56GK102649833SQ20121014342
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者姚菊明, 張勇, 梁熙英 申請人:浙江理工大學