[發明專利]一種水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒的制備方法

有效

• 申請號: 202010103657.6
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111154039B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 楊茂;黨旭崗;韓文佳;李彥春
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F220/06;C08F220/56;C08F220/34;C08F222/06;C08B31/18;C09K17/32;C09K101/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李江

本發明提供一種水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒的制備方法，包括制備氧化淀粉分散液、制備乙烯基化氧化淀粉分散液、制備聚丙烯酸脂預聚體乳液、凝膠反應。本發明利用乙烯基硅烷偶聯劑進行乙烯基化改性，采用全水相自由基聚合反應，實現水性丙烯酸樹脂和乙烯基化氧化淀粉的交聯共聚及凝膠化，研制出一種新型淀粉/水性丙烯酸樹脂復合水凝膠材料。經熱烘干、造粒后制得水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒，表現出優異的結構承載強度、吸水、保水、保肥、可生物降解性。作為一種天然高分子基復合水凝膠保水、保肥劑，將在現代精準農業中表現出廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒的制備方法，屬于天然高分子材料領域。

背景技術

在世界范圍內，干旱脅迫造成的糧食減產可能超過了其他因素所導致產量損失的總和。我國旱地面積占全國總土地面積的52. 5%，干旱是制約我國農業可持續發展的一個重要因素。近10 年來，我國農業用水量均占全國總用水量的60% 以上，隨著我國農業水危機的不斷加劇，農業向高產、穩產的方向發展，應大力發展旱地農田節水保水技術，以充分利用有限的降水資源，保證農業生產的可持續發展。應用保水劑是一種有效的措施，可達到改土、節水、增產的目標，尤其在我國北方旱作農業地區應大力推廣。保水劑是一種吸水能力很強的高分子材料，被譽為“微型水庫”，能吸收相當于自身成百上千倍的水分，且能夠反復吸水、緩慢地釋放，供植物吸收利用，這些特性使保水劑在干旱時能夠發揮功效，緩解旱情。在保水劑進行分子成鍵吸液和溶脹吸液的同時，溶液中的養分離子也會同時進入到其分子結構中被包裹固持，而后隨著水分釋放及分子網狀結構松弛而被緩慢釋放，起到了養分離子的緩釋效應。同時還能夠改善土壤物理特性，促進種子萌發提高存活率，降低灌溉需求。

目前合成保水材料面臨生產成本高、殘留物不易降解等問題。隨著各種高分子材料引入人們的生活，一些可再生、 易生物降解、廢棄物可回收利用和環境友好等高分子材料的引起了人們的高度關注，其中，利用天然高分子材料制備綠色、可生物降解的復合材料的研究最為突出。淀粉由于其自然資源豐富、成本低廉、可再生和生物降解性成為科學研究的熱點方向。在過去的幾十年里，淀粉及其復合材料在現代農業、醫藥、化妝品、紡織和造紙工業等眾多技術領域得到了廣泛的應用。作為天然高分子基保水劑，淀粉、纖維素等因良好的吸水、保水性能得到了廣泛的應用，然而由于淀粉自身的化學結構存在著一些固有的缺陷，例如，水凝膠體強度低，團聚力差容易松散流失，耐鹽性及穩定性差，腐爛分解時間太短，難以起到長效保墑蓄水功能，故而在一定程度上限制了它們的應用。通過不同聚合物對淀粉分子進行化學改性，改善淀粉基復合材料綜合應用性能成為新的研究方向。

目前資料報道主要以淀粉與丙烯酸樹脂共混，或在淀粉分散液中加入一定量的丙烯酸類單體，直接進行自由基聚合，制得水性丙烯酸樹脂改性淀粉保水劑顆粒。但由于淀粉分子間大量氫鍵的締合，主要以團聚體顆粒形式存在，難溶于水和一般的有機溶劑，單靠水或有機溶劑稀釋分散，存在著反應可及度差、時間長，接枝率低，交聯鍵合主要發生在淀粉分散顆粒表面，聚合反應難以均勻和徹底進行，使得反應重現性差，使得丙烯酸樹脂改性淀粉制備的保水劑，仍然存在水凝膠體強度低，團聚力差容易松散流失，分解時間短，保水保肥效果差。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒的制備方法，本發明以綠色、廉價、可再生、可生物降解的天然高分子材料—淀粉（ST）為原料。根據淀粉（ST）特殊的分子構造，以及多糖分子鏈上分布著大量的活性基團（—OH），對ST進行化學改性及功能化。通過清潔、高效的電-Fenton氧化技術對ST進行氧化處理，提高反應的可及度，增強淀粉表面羥基的反應活性。再利用乙烯基硅烷偶聯劑進行乙烯基化改性，采用全水相自由基聚合反應，實現水性丙烯酸樹脂和乙烯基化氧化淀粉的交聯共聚及凝膠化，研制出一種新型淀粉/水性丙烯酸樹脂復合水凝膠材料。經熱烘干（80℃ ~90℃）、粉碎、造粒（10~35目）后制得水性丙烯酸樹脂改性淀粉基水凝膠保水劑顆粒，實現以下發明目的：

（1）提高水凝膠體強度；

（2）延長降解周期；