[發明專利]具有緩釋肥料功能的納米復合保水劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200610042899.9
• 申請日: 2006-05-26
• 公開（公告）號: CN101077843A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 王愛勤;張俊平
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05G3/04;C05F11/02
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明涉及一種有機-無機納米復合保水劑，更具體地說是涉及一種聚丙烯酸/凹凸棒粘土/腐殖酸納米復合保水劑及其制備方法。

背景技術

保水劑是一種功能高分子材料，可以吸收比自身重幾百倍甚至上千倍的水。自60年代美國北方農業部第一次合成出保水劑以來，在農林業方面的應用一直是保水劑非常重要的應用研究領域。保水劑的種類繁多，以原料來源分類，可分為三大系列：淀粉系、纖維素系和合成樹脂系。淀粉類保水劑一般具有較高的吸水率，但其缺點是耐鹽堿性較差，凝膠強度差，在實際應用中使用壽命較短。纖維素類保水劑有著良好的耐鹽堿性，但其吸水率較差。目前生產量最大的是丙烯酸類保水劑，其優點是制備工藝簡單，產物吸水力強，產品應用面廣，但丙烯酸類保水劑為電解質型聚合物，耐鹽堿性較差，同時產品的價格較高。目前改進其耐鹽性的一般方法是在丙烯酸類聚合物中引入非離子型單體進行二元以及三元共聚。但由于非離子單體一般價格較貴，這樣又增加了保水劑的成本。因此，在丙烯酸類聚合物中引入價廉的無機原料對其進行改性，則成為了一種較為理想的方法。其特點是引入無機物不但能提高丙烯酸類保水劑的耐鹽性，而且可以大大降低成本。

凹凸棒黏土是一種鏈層結構的鎂鋁硅酸鹽礦物，在我國儲量豐富，僅甘肅探明儲量有1億噸之多。凹凸棒黏土表面存在大量的親水性硅羥基，通過簡單處理可以與烯類單體發生接枝共聚反應，形成具有高吸水性的有機-無機復合吸水劑。研制的第一代低成本(凹凸棒黏土含量達30％)、耐鹽堿保水劑于2004年9月已實現產業化，在勝利油田聚合物公司建成了3000噸/年的生產線，這是迄今為止在國內外第一個產業化的有機無機復合保水劑，該產品的產業化實現了農用保水劑的升級換代，標志著我國自主研制的新型保水劑進入了新階段。

凹凸棒粘土具有眾多相互平行的納米尺度的孔道，為天然-維納米材料。但是凹凸棒粘土的棒束是聚集狀態，所以有必要對其進行有機化處理。采用有機化處理后的凹凸棒粘土與丙烯酸或丙烯酰胺聚合后，吸水性能明顯改善。

在保水材料的開發中，可持續發展的觀念和相應的技術體系開發越來越受到重視，這就是在滿足需求的同時，1)改善資源的利用狀況，保持生態的良性循環；2)尋求最佳的物質/能源投入產出模式和資源利用模式，進一步減少和防止對環境和生態的二次污染。為此，以發展高效農業兼顧恢復西部生態環境為目標，以西部資源的高值化為背景，針對西部地區干旱缺水、高鹽堿度的土壤特點，在現有工作的基礎上，結合凹凸棒黏土的獨特性能，綜合考慮農林業應用型高吸水性聚合物應具有吸水保水、耐鹽堿、低成本和多功能的需求，設計并研制具有緩釋功能的有機無機納米復合保水劑具有重要意義。

發明內容

本發明的目的就是提供一種具有緩釋肥料功能的有機無機納米復合保水劑及其制備方法。

本發明可以通過以下措施來實現：

本發明采用有機化凹凸棒土、腐殖酸和丙烯酸作為納米復合保水劑的主要原料，添加引發劑和交聯劑，在水溶液中經接枝共聚、交聯、洗滌、干燥、粉碎制成具有緩釋肥料功能的納米復合保水劑。

凹凸棒土在我國儲量豐富，價格低廉。是一種具鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，其結構屬2∶1型粘土礦物。由于在其表面或層間可與表面活性劑作用，形成有機化凹凸棒土，因而可用來制備有機-無機納米復合吸水劑。

腐殖酸是一種多極性官能團的物質，結構中分布有羧基、羥基、羰基等活性功能基團，具有刺激植物生長發育、增加作物的抗逆性、改善植物的營養狀況的功效，可以與丙烯酸等親水性單體或淀粉等親水性天然高分子發生接枝共聚反應，使所制備的保水劑具有吸水、保水和營養土壤和植被的協同功能。腐殖酸價格低廉而且環境友好，我國有豐富的腐殖酸資源，風化褐煤腐殖酸和泥炭腐殖酸都可作為合成緩釋保水劑的基質材料。綜合測試表明，風化煤腐殖酸含量較高(59％)，富含氮、磷、鉀等多種營養元素，重金屬含量很低，是制取超強保水劑的良好原料。

一種具有緩釋肥料功能的納米復合保水劑，其特征在于原料的重量份數為：丙烯酸100份，有機化凹凸棒土10-50份，腐殖酸10-50份，引發劑0.05-1.0份，交聯劑0.05-1.0份；交聯劑選自甘油或者N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺；引發劑選自硝酸鈰銨、過硫酸銨或者過硫酸鉀；有機化凹凸棒土選自十六烷基三甲基溴化銨凹凸棒土或十八烷基三甲基溴化銨凹凸棒土。

所謂有機化凹凸棒土，指的是凹凸棒黏土經過了有機化處理。具體方法是將凹凸棒黏土與有機化試劑混合，在常溫常壓下通過攪拌反應生成。有機化試劑我們選自十六烷基三甲基溴化銨或十八烷基三甲基溴化銨。