硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高吸水性树脂，其包括羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸单甘酯单丙烯酸酯，其中：丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比为(4‑9)：1、丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6‑1.4)：1、丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7‑500)：1、丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7‑500)：1、丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200‑1000)：1、丙烯酸和硼酸单甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1‑100)：1。本发明的高吸水性树脂可与栽培基质或者土壤直接混合，缓慢释放水分，作用持久，可以提高土壤的含水率；可以缓慢释放硼元素，提高基质或土壤中的硼含量，对作物的生长发育有良好的促进作用，起到改善土壤结构、保水保肥的目的。

权利要求

1.一种硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂，其特征在于，由以下组分经聚合得到：羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸单甘酯单丙烯酸酯；

各组分的质量比如下：

丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比为(4-9)：1；

丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6-1.4)：1；

丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7-500)：1；

丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200-1000)：1；

丙烯酸和硼酸单甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1-100)：1。

2.权利要求1所述硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)称取过硫酸铵-亚硫酸氢钠作为引发剂，加入所述引发剂质量100-500倍的水进行溶解备用；

2)将步骤1)所得物与羟丙基甲基纤维素溶解，加热进行糊化；

3)将氢氧化钠和丙烯酸在冰水浴中中和，然后加入交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入硼酸单甘酯单丙烯酸酯溶液，混合均匀，备用；

4)将步骤3)所得物倒入步骤2)所得糊化物，加热得到初产物；

5)将步骤4)得到的初产物研磨，洗涤数遍，直到其pH呈中性为止；

6)将步骤5)所得物用无水乙醇洗涤，浸泡，过滤，干燥，研磨，得到终产物，即，硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤2)中所述加热为在微波炉中低火加热4-

6min。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤4)中所述加热为在微波炉中中火加热6-

10min。

说明书

硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于农用高吸水性树脂技术领域，具体涉及一种农用硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂的制备材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 我国是世界上极度缺水的国家之一。我国又是一个农业大国，农业用水占全国用水量的70％，加上目前我国农业生产过程中，水资源的利用方式仍然以粗放式为主，不仅利用率低，而且造成了水资源的大量浪费。近年来，我国水资源供需矛盾更加突出，干旱缺水成为制约农业可持续发展的主要限制因素。发展节水农业是解决这一问题的主要途径，其中化学节水技术是一种新兴的农业节水抗旱技术。高吸水性树脂作为节水材料的一种，常用作保水材料，能有效的改善土壤结构、提高土壤的保水能力，还具有控肥缓释性能，提高肥料的利用效率，减少施肥频率。与此同时，我国的土壤普遍存在硼元素短缺问题，土壤中硼元素的短缺就会影响植物的生长发育，引起花和果实生长受阻、花粉活力和萌发率下降等一系列问题。硼元素是作物生长发育所必需的微量元素之一，对碳水化合物的运输、生殖器官的建成和发育、细胞的分裂和伸长都有很好的促进作用，并且硼元素对作物产量的提高也有很大的促进作用。

[0003] 现有的农用高吸水性树脂所用的合成原料一般是淀粉，而淀粉型的高吸水性能树脂虽然具有良好的吸水性，但是耐热耐盐性差，容易造成土壤的板结。纤维素型的高吸水性树脂的吸水量比淀粉型的稍低，但其耐盐性好，pH值易调节，抗生物降解的性能较好，具有重要的环保意义和经济价值。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对土壤中硼元素短缺、土壤保水能力差以及淀粉型高吸水性树脂的耐盐性和稳定性差等问题，提出一种能够改善土壤结构、耐盐性好且不易降解、能够为土壤提供微量硼元素、吸水和保水性能优良、促进作物生长发育的农用安全高吸水性树脂及其制备方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂，包括：

[0007] 羟丙基甲基纤维素、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、亚硫酸氢钠、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸单甘酯单丙烯酸酯；各组分质量比如下：丙烯酸和羟丙基甲基纤维素的质量比为(4-9)：1、丙烯酸和氢氧化钠的质量比为(0.6-1.4)：1、丙烯酸和过硫酸铵的质量比为(16.7-500)：1、丙烯酸和亚硫酸氢钠的质量比为(16.7-500)：1、丙烯酸和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(200-1000)：1、丙烯酸和硼酸单甘酯单丙烯酸酯的质量比为(1-100)：1。

[0008] 所述的氢氧化钠的浓度为10-60％。

[0009] 所述的丙烯酸浓度为20-60％。

[0010] 所述的过硫酸铵和亚硫酸氢钠为混合引发剂。

[0011] 所述的聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂。

[0012] 所述的硼酸单甘酯单丙烯酸酯是硼元素接枝单体。

[0013] 上述硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂的制备方法，包括以下步骤：

[0014] (1)用天平准确称取的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，加入其质量100-500倍的蒸馏水中溶解备用，加入一定的羟丙基甲基纤维素于烧杯中，将溶解好的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂溶于倒入放有羟丙基甲基纤维素的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，放入微波炉中，低火加热4-6min，对其进行糊化；

[0015] (2)将事先配置好的氢氧化钠和丙烯酸在冰水浴中进行中和，等溶液冷却后加入一定质量的交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入数滴硼酸单甘酯单丙烯酸酯溶液，用玻璃棒搅拌均匀备用；

[0016] (3)将(2)倒入糊化完成的(1)中，搅拌均匀后，放入微波炉中，中火加热6-10min，得到初产物；

[0017] (4)将(3)中得到的初产物放入研钵中进行研磨，称取一定质量的初产物用蒸馏水洗涤数遍，并用pH计检测其pH，直到中性为止。随后，再用无水乙醇洗涤三遍，并浸泡10-12h，过滤后放入烘箱进行干燥，研磨成粉得到终产物，即硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂。

[0018] 本发明的优点

[0019] 本发明用羟丙基甲基纤维素代替淀粉作为高吸水性树脂的接枝骨架，改善了淀粉型高吸水性树脂耐热耐盐性差、容易造成土壤的板结问题，纤维素型的高吸水性树脂的吸水量比淀粉型稍低，但其耐盐性好，pH值易调节，抗生物降解的性能较好，具有重要的环保意义和经济价值。本发明采用丙烯酸、硼酸单甘酯单丙烯酸酯作为接枝单体，以聚乙二醇二丙烯酸酯作为交联剂、过硫酸铵-亚硫酸氢钠作为混合引发剂，通过微波聚合的方法将丙烯酸和硼酸单甘酯单丙烯酸酯接枝到纤维素骨架上。本发明以聚乙二醇二丙烯酸酯作为交联剂，具有无毒、水溶性及分散性好的优点，以硼酸单甘酯单丙烯酸酯作为硼元素的引入形式，除了能够为土壤基质中提供微量硼元素以外，硼酸单甘酯单丙烯酸酯作为一种表面活性剂，具有良好的物化性能和表面活性。

[0020] 本发明的高吸水性树脂与土壤或者栽培基质混合后，在种子发芽、出苗和生长过程中缓慢的释放水分，提高土壤的含水率，增加土壤基质孔隙度，促进植物根部的呼吸和伸长；同时在该高吸水性树脂中引入硼元素，通过高吸水性树脂缓慢释放的特点，将硼元素缓慢的释放到土壤或者栽培基质中，为作物的生长发育提供持久的养料，改善土壤的结构，从而达到保水保肥的目的。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。

[0022] 一种硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂，它是由下述质量(单位：g)的材料组成：

[0023] 羟丙基甲基纤维素1、丙烯酸6、氢氧化钠4.44、过硫酸铵0.07、亚硫酸氢钠0.07、聚乙二醇二丙烯酸酯0.12、硼酸单甘酯单丙烯酸酯0.18。

[0024] 所述的氢氧化钠的浓度为30％。

[0025] 所述的丙烯酸浓度为50％。

[0026] 所述的过硫酸铵和亚硫酸氢钠为混合引发剂，质量比例为1:1。

[0027] 所述的聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂。

[0028] 所述的硼酸单甘酯单丙烯酸酯是硼元素接枝单体。

[0029] 上述硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0030] (1)用天平准确称取的过硫酸铵-亚硫酸氢钠混合引发剂，加入其质量500倍的蒸馏水中溶解备用，加入称量好的羟丙基甲基纤维素于烧杯中，将溶解好的过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂溶于倒入放有羟丙基甲基纤维素的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，放入微波炉中，低火加热5min，对其进行糊化；

[0031] (2)将事先配置好的30％氢氧化钠和50％丙烯酸在冰水浴中进行中和，中和度为40％，等溶液冷却后加入称量好的交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯，再加入硼酸单甘酯单丙烯酸酯溶液，用玻璃棒搅拌均匀备用；

[0032] (3)将(2)倒入糊化完成的(1)中，搅拌均匀后，放入微波炉中，中火加热7min，得到初产物；

[0033] (4)将(3)中得到的初产物放入研钵中进行研磨，称取一定质量的初产物用蒸馏水洗涤数遍，并用pH计检测其pH，直到中性为止。随后，再用无水乙醇洗涤三遍，并浸泡12h，过滤后放入烘箱进行干燥，研磨成粉得到终产物，即硼酸单甘酯单丙烯酸酯高吸水性树脂。

[0034] 使用方法：将干燥后的高吸水性树脂研磨成粉末，取一定质量的载硼高吸水性树脂，放入足量的水中，待吸水饱和后与基质或者土壤混合均匀即可。

[0035] 性能测试

[0036] 高吸水性树脂的吸水能力一般用吸水倍率来表示，即单位质量高吸水性树脂吸水至饱和时所吸收水分的质量或者体积与未吸水前高吸水性树脂的质量之比用符号Q表示，单位为g/g或ml/g。本试验采用质量比表示吸水倍率，即吸水倍率的单位为g/g，通过过滤法对吸水倍率进行测定，即将事先称量好的高吸水性树脂用大量的蒸馏水进行浸泡，待吸水至饱和时，用200目的尼龙网静止30min，称量吸水后的高吸水性树脂的质量，将两者的质量比作为吸水倍率。具体的计算公式如下所示：

[0037]

[0038] 式中：Q-吸水倍率，g/g；

[0039] m1-吸水之前的高吸水性树脂的质量，g；

[0040] m2-吸水之后的高吸水性树脂的质量，g。

[0041] 将制备的硼酸单甘酯高吸水性树脂按照上述方法测定其吸水倍率为308.45g/g。

[0042] 以上对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的内容。熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。