一種抗菌型可降解保水劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種抗菌型可降解保水劑及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 保水劑是一種含有親水基團(tuán)并具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)親水性高聚物，能夠吸收自 身重量的幾十甚至上千倍的水分，即使在加壓條件下也不易失去水分，具有良好的吸水保 水性能，并且可以緩慢釋放水分供植物吸收利用，能夠增強(qiáng)土壤的保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)， 提高水、肥利用率，被廣泛的用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和城市綠化等領(lǐng)域。
[0003] 目前保水劑一般可以分為兩大類:合成類系列保水劑和天然及改性高分子類保水 劑。合成系類保水劑主要是聚丙烯酸鹽，原料來源于石油化工產(chǎn)品，耐鹽性差、價(jià)格昂貴且 難于被生物降解等缺點(diǎn)；而天然及改性高分子類保水劑具有原料來源廣泛，價(jià)格低廉且能 被微生物降解等優(yōu)點(diǎn)，成為近期研究的熱點(diǎn)。中國(guó)專利CN102432761A公開的題為"一種干旱 土壤植被用營(yíng)養(yǎng)型保水劑及其制備方法"，利用淀粉為原料制備可降解保水劑，25°C的土 壤中60天的質(zhì)量損失率達(dá)20%，其吸水倍率為950倍，吸生理鹽水倍率為70倍；中國(guó)專利 CN103333291A公開的題為"淀粉接枝聚合丙烯酸高吸水樹脂的制備方法"，利用淀粉為原料 制備淀粉基保水劑，25°C的土壤中60天的質(zhì)量損失率18~22%;中國(guó)專利CN103333291A公開 的題為"一種高凝膠強(qiáng)度的淀粉系保水劑的制備方法"，為了改善淀粉基保水劑凝膠強(qiáng)度較 差的缺點(diǎn)，在保水劑中添加礦物，其吸水倍率為200倍到400倍，凝膠強(qiáng)度為95g/cm 2到170 g/cm2。纖維基保水劑相對(duì)于淀粉基保水劑雖然吸水性要差，但其具有抗霉變、使用壽命長(zhǎng) 和凝膠強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，廣受研究者關(guān)注。中國(guó)專利CN1408740A公開的題為"猜桿原纖維接枝 聚丙烯酸/鹽類農(nóng)用保水材料"中用秸桿為原料制備保水劑，保水作用2-3個(gè)月且能被生物 降解；中國(guó)專利CN101735396A公開的題為"采用麥秸桿制備高吸水性樹脂的方法"，利用麥 秸桿、丙烯酸和蒙脫土為原料制備可降解保水劑，吸生理鹽水可達(dá)自重的140倍，在土壤或 空氣中6~7個(gè)月可降解；中國(guó)專利CN102181011A公開的題為"采用麥秸桿制備保水劑的方 法"，采用蒸汽爆破對(duì)秸桿進(jìn)行預(yù)處理，增強(qiáng)了秸桿纖維素活性，提高了秸桿纖維素與丙烯 酸接枝效率，至丙烯酸與秸桿質(zhì)量比下降，其制備的保水劑可降解，吸蒸餾水為自重的290 倍，吸生理鹽水為自重的34.7倍。除了淀粉基保水劑和纖維素類保水劑，還有其它天然產(chǎn)物 類保水劑，如中國(guó)專利CN103554388A公開的題為"生物可降解高吸水性樹脂的制備方法"， 以丙烯酸和海藻酸鈉為主要原料制備樹脂，其吸蒸餾水為自重的700倍左右，吸生理鹽水為 自重的70倍左右，土壤中30天的降解率8%左右。中國(guó)專利CN1670126A公開的題為"一種利用 羽毛粉制備土壤的保水劑及其制備方法"，以改性水解羽毛蛋白與乙烯基單體進(jìn)行接枝共 聚制備保水劑，其吸蒸餾水為自重的300倍左右，吸生理鹽水為自重的50倍左右。
[0004] 天然及改性高分子類保水劑以生物基為原料，具有來源廣泛，價(jià)廉物美且可生物 降解，但同時(shí)由于其生物質(zhì)基材料的結(jié)構(gòu)原因，產(chǎn)品在倉儲(chǔ)過程中極易發(fā)生霉變，在使用過 程中更容易降解，從而影響自身的吸水保水性能和使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種抗菌型可降解保水劑。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種抗菌型可降解保水劑的制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的： 一種抗菌型可降解保水劑，由以下重量百分?jǐn)?shù)的各組分組成： 丙烯酸 45%~70%; 丙烯酰胺 10%~35%; 長(zhǎng)鏈季銨鹽 2%~5%; 高嶺土 5%~10%; 海藻酸鈉 5%~15%; 過硫酸銨或過硫酸鉀 0.1%~0.3%; 亞硫酸氫鈉 0.1%~0.3%; N，N-亞甲基雙丙烯酰胺 0.04%~0.2%; 其中，丙烯酸是使用氨水或碳酸氫銨對(duì)丙烯酸進(jìn)行部分中和得到。
[0008] 本發(fā)明所述保水劑的原料包括由碳酸氫銨或氨水部分中和的丙烯酸陰離子單體、 非離子性單體丙烯酰胺、長(zhǎng)鏈季銨鹽陽離子、高嶺土和海藻酸鈉。引發(fā)體系為氧化還原體 系，氧化劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，還原劑為亞硫酸氫鈉，交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰 胺。
[0009] 本發(fā)明的保水劑是在傳統(tǒng)單體丙烯酸、丙烯酰胺中添加海藻酸鈉、高嶺土和長(zhǎng)鏈 季銨鹽共聚制備而成，利用海藻酸鈉的降解性和長(zhǎng)鏈季銨鹽陽離子的高效、長(zhǎng)效的抗菌殺 菌性能，因此，該保水劑既具有傳統(tǒng)保水劑的吸水保水性，同時(shí)又有可降解性和抗菌性，避 免保水劑在保存過程中的霉變，使保水劑更易保存，并減緩保水劑的降解速率，從而延長(zhǎng)降 可解性保水劑的使用壽命。
[0010] 優(yōu)選地，一種抗菌型可降解保水劑，由以下重量百分?jǐn)?shù)的各組分組成： 丙烯酸 55%~60%; 丙烯酰胺 20%~28%; 長(zhǎng)鏈季銨鹽 2%~4%; 高嶺土 6%~8%; 海藻酸鈉 6%~10%; 過硫酸銨或過硫酸鉀 0.1%~0.2%; 亞硫酸氫鈉 0.1%~0.2%; N，N-亞甲基雙丙烯酰胺 0.04%~0.2%; 其中，丙烯酸是使用氨水或碳酸氫銨對(duì)丙烯酸進(jìn)行部分中和得到。
[0011]更優(yōu)選地，一種抗菌型可降解保水劑，由以下重量百分?jǐn)?shù)的各組分組成： 丙烯酸 58.1%; 丙烯酰胺 24%; 長(zhǎng)鏈季銨鹽 3%; 尚嶺土 7.3%; 海藻酸鈉 7.3%; 過硫酸銨或過硫酸鉀 0.12%; 亞硫酸氫鈉 0.12%; N，N-亞甲基雙丙烯酰胺 0.06%; 其中，丙烯酸是使用氨水或碳酸氫銨對(duì)丙烯酸進(jìn)行部分中和得到。
[0012] 優(yōu)選地，所述丙烯酸的中和度為65%~85%。
[0013]更選地，所述丙烯酸的中和度為75%。
[0014]優(yōu)選地，所述長(zhǎng)鏈季銨鹽為辛烷基烯丙基二甲基氯化銨、十烷基烯丙基二甲基氯 化銨、十二烷基烯丙基二甲基氯化銨、十六烷基烯丙基二甲基氯化銨或十八烷基烯丙基二 甲基氯化銨中的一種或幾種。
[0015] 如上所述保水劑的制備方法，包括下列步驟:將海藻酸鈉溶于去離子水中，然后再 加入中和度為65%~85%的丙烯酸、丙烯酰胺、長(zhǎng)鏈季銨鹽陽離子、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺， 充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，加入高嶺土攪拌，并升溫至60~90°C，加入過硫酸銨或過硫酸鉀、亞 硫酸氫鈉，攪拌均勻，反應(yīng)1~2小時(shí)，取出，剪碎，80~100°C烘干，粉碎，過篩得到保水劑。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果： 本發(fā)明使用氨水或碳酸氫銨對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和制備銨基保水劑，避免了土壤長(zhǎng)期施用 鈉基保水劑土壤板結(jié)問題，并提供養(yǎng)分。在共聚體系中引入價(jià)格低廉來源廣泛的高嶺土和 可生物降解的海藻酸鈉，有效降低了保水劑的制備成本，提高了保水劑的凝膠強(qiáng)度、吸水速 率、耐鹽性和生物降解性能。保水劑的吸蒸餾水倍率200~500g. ，吸0.9%食鹽水倍率為50 ~82 g.g^1，在蒸餾水中30分鐘內(nèi)達(dá)到吸水飽和。引入廣譜抗菌劑長(zhǎng)鏈季銨鹽，使保水劑在 使用中能對(duì)與其接觸的多種常見微生物具有較強(qiáng)的滅殺和抑制作用，使可生物降解保水劑 易于保存，防止霉變，保持保水劑的降解性的同時(shí)降低保水劑的降解速率，延長(zhǎng)可生物降解 保水劑的使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步地詳細(xì)闡述，所述實(shí)施例只用于解釋本 發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。下述實(shí)施例中所使用的試驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常 規(guī)方法;所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，為可從商業(yè)途徑得到的試劑和材料