專利名稱：一種利用超聲波輻照制備高吸水性樹脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波處理技術(shù)，高效制備高吸水性樹脂的技術(shù)，屬于高分
子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲波與聲波一樣，是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，是一種頻率為2X104 107Hz的機(jī)械振動波，目前已廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成。當(dāng)其作用于液體介質(zhì)時，會在介質(zhì)中疏 密相間地向前輻射，聲波的壓強(qiáng)達(dá)到一定的大氣壓時，在很短時間內(nèi)便會數(shù)以萬計(jì)的微小 氣泡產(chǎn)生，長大和崩潰，這種現(xiàn)象稱為超聲"空化效應(yīng)"。當(dāng)空化氣泡崩潰時產(chǎn)生一個覆蓋著 的強(qiáng)壓力脈沖，產(chǎn)生強(qiáng)沖擊波和射流等極端物理?xiàng)l件，聲化理論計(jì)算及其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表明，超聲波空化效應(yīng)可使局部溫度高達(dá)5000K、局部壓力高達(dá)500atm，加熱和冷卻速率達(dá) 109K/s，這就是超聲波化學(xué)合成的能量來源，這種能量會引起特殊的物理和化學(xué)效果，足以 使液相內(nèi)化合物的化學(xué)鍵斷裂而引發(fā)反應(yīng)。超聲波的引發(fā)、攪拌、分散、混合(乳化)等作 用，使其在聚合反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用，并得到結(jié)構(gòu)和性能都很優(yōu)異的高分子聚合物。
這樣的條件下能夠使溶劑、單體或高聚物鏈分解或破裂產(chǎn)生自由基，更多的自由 基則有利于聚合反應(yīng)的引發(fā)。此外，超聲波有效的混合作用有利于反應(yīng)的進(jìn)行，其中多相反 應(yīng)尤其顯著，如使用Ziegler-Natta催化劑的聚烯烴聚合反應(yīng)。上世紀(jì)80年代以來隨著高 聚物表征手段的發(fā)展，超聲在聚合物合成中的應(yīng)用研究，也隨之開展起來。
傳統(tǒng)方法制備吸水樹脂，糊化時需要高溫、氮?dú)獗Ｗo(hù)及機(jī)械攪拌，聚合時間長生產(chǎn) 效率低，成本相對較高。超聲波作為一種新的能量形式應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)正日益受到人們關(guān) 注，超聲波輻照聚合法有著傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)糊化時的無需高溫，可以大大縮短反 應(yīng)時間，提高生產(chǎn)效率，反應(yīng)均勻、低殘留，在聚合過程中不會對環(huán)境造成污染。
本申請人再先申請的專利號為200710144740. 2， 一種利用超聲波制備可降解高 吸水性樹脂的方法，其僅僅作為纖維素改性物的處理，高吸水性樹脂的制備仍然在烘干箱 內(nèi)反應(yīng)較長的時間才能完成其聚合。并且目前還未見將超聲波輻照聚合用于吸水性樹脂制 備的工藝報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用超聲波輻照制備高吸水性樹脂的方法，制備簡化 了反應(yīng)步驟，降低了反應(yīng)要求，在無惰性氣體保護(hù)的條件下即可完成反應(yīng)，縮短了聚合時間，大大提高了生產(chǎn)效率。 本發(fā)明基于超聲波輻照聚合技術(shù)，采用一種新的合成工藝制備了一種高吸水性樹 脂。它包括以下步驟
1. 玉米秸稈的改性室溫下，將玉米秸稈粉碎成粉末，過80 200目篩子；取質(zhì)量份數(shù) 為10 50份玉米秸稈粉與100 200份乙醇、20 100份濃度為50%的NaOH去離子水溶 液，在25 40。C下攪拌反應(yīng)1 2h后，加入15 70份氯乙酸和45份無水乙醇，在60 8(TC下攪拌反應(yīng)1 2h，將反應(yīng)液中和后，過濾，用濃度為80% 90%的乙醇溶液洗滌濾， 干燥得到改性的玉米秸稈粉末；
2. 高吸水樹脂的制備取2份步驟1的改性的玉米秸稈粉末，加入30份 IOO份水中， 并以超聲波處理4 7分鐘使其充分溶解，形成改性纖維素溶液；室溫下，將0. 1 0. 2份 硝酸鈰銨和0. 225 0. 64份HN03溶于5份的水中，加入到改性纖維素溶液中，用NaOH配制 成中和度為60% 85%的丙烯酸鹽溶液，取15 40份該溶液與0. 045 0. 255份N， N-亞 甲基雙丙烯酰胺混合均勻，將該溶液加入到改性纖維素溶液中，向上述混合溶液中加入4 份濃度為2 5%的K2S208水溶液，在60 8(TC水浴條件下用超聲波輻照10 20分鐘， 直到凝膠形成；凝膠產(chǎn)品經(jīng)甲醇浸泡7 12h后，在40 70度烘箱中干燥至恒重，粉碎后 得到本發(fā)明高吸水性樹脂。 稱取lg樹脂粉末于燒杯中，加入足量的水至其吸水飽和；使用100目尼龍網(wǎng)過濾， 稱量過濾后吸水樹脂質(zhì)量。利用公式進(jìn)行計(jì)算
吸水倍率=(吸水后重量一樣品重量)/樣品重量
經(jīng)測試本發(fā)明所制取產(chǎn)物的吸水率在400 650倍，吸自來水率在180 270倍。
本發(fā)明中氫氧化鈉，可用氫氧化鉀、碳酸氫鈉或氨水替代。反應(yīng)體系中需將單體丙 烯酸鹽濃度控制在10% 25%，如果單體濃度過低則其交聯(lián)程度不夠，從而降低了吸水倍 率及保水能力；若單體濃度過高，則導(dǎo)致凝膠過程過快，單體交聯(lián)不徹底，造成浪費(fèi)；體系 所用交聯(lián)劑N， N-亞甲基雙丙烯酰胺的量應(yīng)控制在改性纖維素的6. 5%左右，這是因?yàn)楫?dāng)交 聯(lián)劑用量較少時，聚合物未能形成有效的三維結(jié)構(gòu)，故吸水性不高，且交聯(lián)單體也會由于聚 合度低而部分溶于水；而當(dāng)交聯(lián)劑用量過高時，聚合物網(wǎng)絡(luò)中的交聯(lián)點(diǎn)過多，導(dǎo)致交聯(lián)密度 增加使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的微孔縮小，無法容納水分子，故吸水率也會下降。
本發(fā)明的特點(diǎn)是
本發(fā)明將超聲波輻照法應(yīng)用于吸水樹脂的制備與傳統(tǒng)方法相比，簡化了反應(yīng)步驟，降 低了反應(yīng)要求，在無惰性氣體保護(hù)的條件下即可完成反應(yīng)，縮短了聚合時間，僅需十幾分鐘 即可完成聚合反應(yīng)，大大提高了生產(chǎn)效率。反應(yīng)過程中無溫度梯度，反應(yīng)均勻聚合過程對環(huán) 境無污染，并且將超聲波應(yīng)用于吸水樹脂的新方法制得的樹脂低成本、可降解且吸水性能 好，產(chǎn)物中的丙烯酸含量降低了十多倍乃至數(shù)十倍，引發(fā)劑和交聯(lián)劑的殘留也明顯降低，尤 其適用于醫(yī)用衛(wèi)生材料的制造。 本發(fā)明中原料的來源為天然高分子，價格極其便宜，體系最終達(dá)到酸堿平衡，不會 對人體及環(huán)境造成任何污染。對植物秸稈的處理簡潔方便，反應(yīng)體系中固含量高，制作工藝 簡單。并且將超聲波輻照技術(shù)應(yīng)用于秸稈處理和吸水樹脂制備，提高了溶劑的可及度，大大 縮短了反應(yīng)時間，制備工藝簡單，無需氮?dú)獗Ｗo(hù)；所制得的產(chǎn)品吸水能力強(qiáng)，且具有較好的 凝膠強(qiáng)度。
本發(fā)明的先進(jìn)性表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)
1. 反應(yīng)無需惰性氣體保護(hù)，對設(shè)備要求簡單；
2. 無溫度梯度，副反應(yīng)少，產(chǎn)物呈中性，無毒可降解，應(yīng)用廣泛；
3. 原料來源廣，成本低廉，容易在我國推廣；
4. 以超聲波輻照聚合法代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚合方法，大大提高聚合反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)程度， 使所制備的高吸水性樹脂達(dá)到極低的單體殘留量；
5. 與申請人再先申請的專利相比較，全聚合過程應(yīng)用超聲波輻照法，在60 8(TC水浴條件下用超聲波輻照10 20分鐘，操作簡便，易于控制，縮短聚合時間，極大的提 高了高吸水性樹脂的生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
1.玉米秸稈改性
取質(zhì)量份數(shù)為2的玉米秸稈粉碎成粉末(室溫)，過80目篩子。15份乙醇、2份NaOH和 2份去離子水，在30度下攪拌反應(yīng)1小時后，加入2. 5份氯乙酸和5份無水乙醇，在70度下 攪拌反應(yīng)1小時。將反應(yīng)液中和后，過濾，用80%乙醇洗滌濾后，干燥得到改性的玉米秸稈 粉末。 2.高吸性水樹脂的制備
取2份步驟1的改性的玉米秸稈粉末，加入到盛有30份去離子水的燒杯中，并以超聲 波處理4 7分鐘，使其充分溶解形成改性纖維素溶液。室溫下，將0. 135份的硝酸鈰銨溶 于0. 64份HN03， 5份水溶液中，加入到上述改性纖維素溶液中；同時將32份中和度為70%的 丙烯酸鹽溶液、0. 1份N， N-亞甲基雙丙烯酰胺及5份濃度為3. 5%的K2S208的混合物也一齊 加入。保鮮膜密封后，在8(TC水浴下，用70W超聲波輻照IO分鐘至凝膠形成；產(chǎn)物取出后 甲醇浸泡7 12小時，在60度烘箱中烘干，粉碎后得到本發(fā)明的高吸水性樹脂。產(chǎn)物吸水 率為616g/g。
實(shí)施例2
制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整水浴溫度為7(TC，可得到吸水率為570g/g的產(chǎn)物。
實(shí)施例3
制備方法與實(shí)施例1相同，使用超聲功率為80W，得到吸水率為536g/g的產(chǎn)物。
實(shí)施例4
制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整水浴溫度為7(TC，超聲功率為50W，可得到吸水率為 679g/g的產(chǎn)物。
實(shí)施例5
制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整水浴溫度為7(TC，超聲功率為70W，可得到吸水率為 596g/g的產(chǎn)物。
對比實(shí)施例
同實(shí)施例l，但不使用超聲波作用，攪拌使其充分溶解。得到吸水率為450g/g的產(chǎn)物。
對比實(shí)例表明，無超聲波作用的情況下，樹脂凝膠時間長，在8(TC烘箱中需45 60分鐘方能形成凝膠，實(shí)施例3在8分鐘左右即可形成凝膠；且無超聲波作用的產(chǎn)物吸水 倍率低。
權(quán)利要求
一種利用超聲波輻照制備高吸水性樹脂的方法，包括玉米秸稈的改性和高吸水性樹脂的制備；所述玉米秸稈的改性室溫下，將玉米秸稈粉碎成粉末，過80～200目篩子；取質(zhì)量份數(shù)為10～50份玉米秸稈粉與100～200份乙醇、20～100份濃度為50%的NaOH去離子水溶液，在25～40℃下攪拌反應(yīng)1～2h后，加入15～70份氯乙酸和45份無水乙醇，在60～80℃下攪拌反應(yīng)1～2h，將反應(yīng)液中和后，過濾，用濃度為80％～90％的乙醇溶液洗滌濾，干燥得到改性的玉米秸稈粉末；其特征在于所述高吸水性樹脂的制備取2份改性的玉米秸稈粉末，加入30份～100份水中，并以超聲波處理4～7分鐘使其充分溶解，形成改性纖維素溶液；室溫下，將0.1～0.2份硝酸鈰銨和0.225～0.64份HNO3溶于5份的水中，加入到改性纖維素溶液中，用NaOH配制成中和度為60%～85%的丙烯酸鹽溶液，取15～40份該溶液與0.045～0.255份N,N-亞甲基雙丙烯酰胺混合均勻，將該溶液加入到改性纖維素溶液中，向上述混合溶液中加入4份濃度為2～5％的K2S2O8水溶液，在60～80℃水浴條件下用超聲波輻照10～20分鐘，直到凝膠形成；凝膠產(chǎn)品經(jīng)甲醇浸泡7～12h后，在40～70度烘箱中干燥至恒重，粉碎后得到本發(fā)明高吸水性樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用超聲波輻照制備高吸水性樹脂的方法，其采用超聲波輻照聚合技術(shù)在水相體系中反應(yīng)制備高吸水性樹脂。具體通過以下步驟實(shí)現(xiàn)1．對玉米秸稈的改性處理；2．在超聲波輻照條件下進(jìn)行高吸水性樹脂的聚合。本發(fā)明將超聲波輻照技術(shù)應(yīng)用于吸水樹脂制備，大大縮短了反應(yīng)時間，制備工藝簡單，無需氮?dú)獗Ｗo(hù)；所制得的產(chǎn)品吸水能力強(qiáng)。所得產(chǎn)品可用于醫(yī)療用品、個人衛(wèi)生用品及農(nóng)用保水緩釋劑等。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備的吸水樹脂結(jié)構(gòu)均勻，單體轉(zhuǎn)化率高，且制備工藝簡單、成本低廉。
文檔編號C08F220/06GK101768241SQ201010126838
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者劉利軍, 王可答, 金鳳有, 鮑迪 申請人:綏化學(xué)院