本發(fā)明涉及功能性高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高吸水性樹脂的合成方法，具體地說是一種含海洋生物質(zhì)和無機(jī)礦物的高吸水性樹脂的合成方法。
背景技術(shù)：
高吸水性樹脂(SAP)高分子鏈上含有–COOH，–OH，–HSO3等親水基團(tuán)，能吸取自身重量幾百甚至上千倍的水并膨脹形成水凝膠，其吸水既有物理吸附，又有化學(xué)吸附，且具有很強(qiáng)的吸水、保水能力。目前，SAP廣泛用于在農(nóng)林園藝中的土壤改良劑、荒漠防治保水劑、醫(yī)療衛(wèi)生用品、工業(yè)水處理、人工腎臟過濾材料、建筑堵漏產(chǎn)品、污水治理中能與多種金屬離子螯合、吸附或發(fā)生離子交換作用。高嶺土屬于1:1型層狀硅酸鹽，晶體主要由硅氧四面體和紹氫氧八面體組成價(jià)格低廉，來源豐富，無毒，比表面積大。海藻酸鈉具有形成凝膠和成膜的能力，廣泛存在于海帶等海洋植物中，屬于海洋生物質(zhì)纖維，來源豐富，易于降解，對(duì)環(huán)境友好 。
我國是一個(gè)干旱缺水的國家，水資源利用率較低，水土流失較嚴(yán)重，因此水資源的合理利用就顯得十分重要，同時(shí)隨著我國工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的提高，高吸水樹脂產(chǎn)品的需求量也越來越大，質(zhì)量要求越來越高，高吸水樹脂的發(fā)展可以解決水資源合理利用的問題，可以滿足人們?cè)絹碓蕉嗟男枰?，因此提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，成為解決問題的關(guān)鍵因素，研制高吸水樹脂具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
高吸水性樹脂的合成方法中，已知的水溶液聚合法由于不需要經(jīng)行溶劑處理，從生產(chǎn)過程操作和產(chǎn)品的參與單體而言，其安全性好很多，有明顯的優(yōu)勢(shì)；但是水溶液聚合法存在聚合反應(yīng)時(shí)間長，也有可能出現(xiàn)爆聚失控現(xiàn)象。
已知的反向懸浮聚合法合成高吸水樹脂，工藝已日益成熟，如日本獅子公司專利[US 4839395]；Dow化學(xué)公司專利[US 4708997]。雖然該法能夠取得優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量，但存在著影響其發(fā)展的突出問題，如使用大量的有機(jī)溶劑，工藝上必須經(jīng)行回首和處理，由于溶劑易燃易爆，要求工藝設(shè)備操作十分嚴(yán)格，存在爆炸的危險(xiǎn)以及對(duì)環(huán)境的污染。
綜上所述，上述兩種聚合方法，需要消耗能源或者造成環(huán)境的負(fù)擔(dān)，并存在潛在的危險(xiǎn)。因此，其有待進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，而提供能耗低，合成效率高，安全性高的一種高吸水性樹脂的合成方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：
一種高吸水性樹脂的合成方法，包括以下步驟：
步驟一、稱取含羧基的主單體，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液；
步驟二、稱取占主單體質(zhì)量1：1-1：6的含酰胺基和磺酸基的次單體，將其溶于蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，單體預(yù)聚液在低溫下保存；
步驟四、稱取占單體總質(zhì)量5%-20%的有機(jī)添加物，加入到裝有蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取占單體總質(zhì)量8%的無機(jī)礦物，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取占單體總質(zhì)量0.5%-1.2%的引發(fā)劑，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取占單體總質(zhì)量0.06%-0.12%的交聯(lián)劑，溶于蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括：
上述的主單體為丙烯酸。
上述的步驟一中，主單體溶液的中和度為60%-90%。
上述的有機(jī)添加物為海藻酸鈉。
上述的次單體為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
上述的步驟二中，次單體溶液的中和度為60%-90%。
上述的無機(jī)礦物為高嶺土。
上述的交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺。
上述的引發(fā)劑為過硫酸鉀。
上述的步驟九中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種高吸水性樹脂的合成方法，采用微波合成，合成時(shí)間短暫集中，耗能低，合成效率高；本發(fā)明所使用的原料海藻酸鈉和高嶺土來源廣泛，可緩解石油短缺的現(xiàn)狀，具有成本低，應(yīng)用前景廣泛，對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)；合成方法操作簡單，簡化了合成步驟，省去了相應(yīng)的輔助步驟，合成過程中無需氮?dú)獗Ｗo(hù)，合成安全。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
步驟一、稱取12.86g的丙烯酸(含羧基的主單體)，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液，中和度為70%；
步驟二、稱取2.14g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(含酰胺基和磺酸基的次單體)，將其溶于10mL蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液，中和度為70%；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，并在低溫下保存；
步驟四、稱取1.5g的海藻酸鈉(有機(jī)添加物)，加入到裝有80mL蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取1.2g的高嶺土(無機(jī)礦物)，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取0.15g的過硫酸鉀(引發(fā)劑)，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取0.18g的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)，溶于3mL蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
所制得的高吸水性樹脂，其吸蒸餾水的倍率為309倍，吸0.9%氯化鈉溶液的倍率為35倍。
實(shí)施例2：
步驟一、稱取12g的丙烯酸，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液，中和度為90%；
步驟二、稱取3g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，將其溶于10mL蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液，中和度為90%；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，并在低溫下保存；
步驟四、稱取2.25g的海藻酸鈉，加入到裝有80mL蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取1.2g的高嶺土，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取0.09g的過硫酸鉀，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取0.012g的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，溶于3mL蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
所制得的高吸水性樹脂，其吸蒸餾水的倍率為232倍，吸0.9%氯化鈉溶液的倍率為32倍。
實(shí)施例3：
步驟一、稱取10g的丙烯酸，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液，中和度為70%；
步驟二、稱取5g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，將其溶于10mL蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液，中和度為70%；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，并在低溫下保存；
步驟四、稱取3g的海藻酸鈉，加入到裝有80mL蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取1.2g的高嶺土，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取0.09g的過硫酸鉀，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取0.012g的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，溶于3mL蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
所制得的高吸水性樹脂，其吸蒸餾水的倍率為446倍，吸0.9%氯化鈉溶液的倍率為57倍。
實(shí)施例4：
步驟一、稱取7.5g的丙烯酸，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液，中和度為80%；
步驟二、稱取7.5g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，將其溶于10mL蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液，中和度為80%；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，并在低溫下保存；
步驟四、稱取1.5g的海藻酸鈉，加入到裝有80mL蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取1.2g的高嶺土，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取0.09g的過硫酸鉀，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取0.015g的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，溶于3mL蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
所制得的高吸水性樹脂，其吸蒸餾水的倍率為419倍，吸0.9%氯化鈉溶液的倍率為59倍。
實(shí)施例5：
步驟一、稱取12.86g的丙烯酸，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到主單體溶液，中和度為80%；
步驟二、稱取2.14g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，將其溶于10mL蒸餾水中，用濃度為5mol/L的NaOH溶液冰浴下緩慢逐滴中和，得到次單體溶液，中和度為80%；
步驟三、將步驟一獲得的主單體溶液和步驟二中獲得的次單體溶液在冰浴條件下逐滴混合，得到單體預(yù)聚液，并在低溫下保存；
步驟四、稱取2.25g的海藻酸鈉，加入到裝有80mL蒸餾水的三口燒瓶中，在50℃水浴下，攪拌至其完全溶解；
步驟五、稱取1.2g的高嶺土，加入到步驟四所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟六、稱取0.18g的過硫酸鉀，加入到步驟五所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟七、將步驟三中得到的單體預(yù)聚液加入到步驟六所得溶液中，攪拌均勻；
步驟八、稱取0.012g的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，溶于3mL蒸餾水中，并加入到步驟七所得溶液中，攪拌至其溶解；
步驟九、將三口燒瓶放到微波化學(xué)反應(yīng)器中，三口燒瓶上的一口連接冷凝回流裝置，一口連接溫度傳感器，在80℃下反應(yīng)6min，得到乳液狀聚合物；
步驟十、聚合完畢后，將乳液狀聚合物倒入培養(yǎng)皿中，于50℃烘箱中烘干至恒重，干燥后研磨粉碎得高吸水性樹脂。
所制得的高吸水性樹脂，其吸蒸餾水的倍率為386倍，吸0.9%氯化鈉溶液的倍率為60倍。
吸水倍率公式為：
吸水倍率=[吸水后樹脂的質(zhì)量-吸水前樹脂的質(zhì)量]/吸水前樹脂的質(zhì)量；
吸水倍率的檢測(cè)方法：
稱取高吸水性樹脂0.1g于茶袋中，加250mL待測(cè)溶液使其充分吸收，待測(cè)溶液吸飽和后，將茶袋懸掛至不滴水為止，稱量吸水后樹脂的重量。
本發(fā)明所制備的高吸水性樹脂含有羧基陰離子基團(tuán)、酰胺基非離子基團(tuán)和磺酸基強(qiáng)親水性基團(tuán)，在交聯(lián)劑和氧化型引發(fā)劑等作用下，交聯(lián)制備高吸水性樹脂；本發(fā)明無需氮?dú)獗Ｗo(hù)，制備工藝簡單，符合能源節(jié)約要求；合成條件采用微波聚合法，用水做分散劑，不需要進(jìn)行溶劑處理，從過程操作和產(chǎn)品的殘余單體而言，其安全性也好很多，有明顯優(yōu)勢(shì)；僅使用單組引發(fā)劑，引發(fā)效率高；由于引發(fā)體系中不加入還原性組分，省去了因還原組分加入而增加的合成步驟和相應(yīng)的輔助設(shè)備。本發(fā)明采用的原料來源廣泛，可緩解石油資源的緊缺，具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊，環(huán)境友好，可用于農(nóng)林園藝；本發(fā)明采用的海藻酸鈉為海洋植物生物質(zhì)纖維，對(duì)環(huán)境友好，來源廣泛，且增強(qiáng)了樹脂的可生物降解性，對(duì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有較大意義。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例已闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。