[發明專利]一種用于基質的接枝共聚秸稈與凹凸棒土復合保水材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011566320.5
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112778060B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 束勝;王越;郭世榮;周亞廣;周鑫鵬;卞越;孫錦;王玉;王健
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C05G3/80
• 分類號: C05G3/80;A01G24/35;A01G24/10;A01G24/22;C09K17/40;C08F289/00;C08F220/06;C08F220/56;C08F222/38
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 傅婷婷;徐冬濤

本發明公開了一種用于基質的接枝共聚秸稈與凹凸棒土復合保水材料及其制備方法。本發明通過使用秸稈和凹凸棒土和丙烯酸?丙烯酰胺以微波輻射聚合法進行聚合反應生成高吸水性樹脂(保水材料)，降低了生產成本，綜合性能優良，應用范圍廣泛。創造性的將秸稈直接用于高吸水性樹脂合成，避免了對其進行堿處理所造成的環境污染。合成的復合高吸水性樹脂具有良好的吸水性、耐鹽性、高保水性和可生物降解能力的優良綜合性能，特別適用于無土栽培、農林、環境保護、園林等領域。

技術領域

本發明涉及一種用于基質的接枝共聚秸稈與凹凸棒土復合保水材料及其制備方法，屬于高吸水材料保水劑制備領域，主要應用于育苗基質和無土栽培基質的保水。

背景技術

保水材料(保水劑)，又稱高分子吸水劑、高吸水性樹脂(Super absorbentpolymer，簡寫為SAP)，是一種含有羧基、羥基等強親水性基團，并具有一定交聯度的水溶脹型的高分子聚合物。它既不溶于水也不溶于有機溶劑，與傳統的吸水材料相比，能夠吸收相當于自身質量幾百到上千倍的水，吸水膨脹后形成的凝膠網格結構穩定，吸收的水分在一定的壓強下也不易流失，具有良好的保水性能。因此在農林、醫療衛生、環境保護、工業等方面得到廣泛應用。

高吸水性樹脂(保水劑)按照原料來源的不同主要分為三大類：淀粉類、纖維素類和合成聚合物類。目前，市場上主流的高吸水性樹脂大多是以石油加工產物丙烯酸、丙烯酰胺等為主要原料的合成聚合物類高吸水性樹脂。該類樹脂雖具有吸水率高、吸水速率快和高保水性等優點，但其對不可再生資源的依賴性大，生產成本高，且存在殘留毒性大、不易降解對環境污染大、不能循環使用等缺點。對于當前世界能源日益緊缺和環境問題嚴重的今天，其應用范圍開始逐漸受到限制，在市場上的競爭力也變差。為了解決此問題，近年來，利用纖維素、植物秸稈、高嶺土、蒙脫土和凹凸棒等無機礦物來制備無機-有機復合高吸水樹脂得到了長足發展，并表現出了良好的綜合性能。

秸稈作為一種可再生資源在我國每年產量豐富，成本低廉，但多年來都未得到充分利用，大部分秸稈在收獲后直接被焚燒，造成了天然資源的巨大浪費，又造成了環境污染。利用天然植物秸稈作為主要原料制備出來的高吸水性樹脂具有較好的生物降解性和耐鹽性，且pH易調控，還為農業廢棄秸稈的有效利用提供了新的方法。但目前利用植物秸稈制備高吸水樹脂的方法均要對秸稈進行堿預處理，在此工業過程中會產生大量的堿液，對環境造成嚴重污染。

凹凸棒是一種具有針狀三維結構的水合鎂鋁硅酸鹽，其表面有大量的親水性羥基，可以和有機單體反應，在我國儲量豐富，價格低廉，具有很好的抗鹽、吸附和膠體等性能。引入凹凸棒粘土不但可以極大地提高樹脂的吸水及耐鹽性能，同時還能降低生產成本，有利于高吸水性樹脂的工業化生產和實際應用領域的拓寬。

微波輻射促進化學反應技術是一種新興的高分子合成技術,與傳統的水溶液聚合方法相比,微波輻射聚合法可以大幅度縮短反應時間，提高生產效率；反應過程均勻并可以抑制副產物的產生，不會對環境造成污染，使其在樹脂制備領域得到了應用。

無土栽培，是指以水、草炭或森林腐葉土、蛭石等介質作植株根系的基質固定植株，植物根系能直接接觸營養液的栽培方法。無土栽培中營養液成分易于控制，且可隨時調節。在光照、溫度適宜而沒有土壤的地方，如沙漠、海灘、荒島，只要有一定量的淡水供應，便可進行。無土栽培可以有效地在節約水肥的同時達到高產，并且無需進行中耕、翻地等田間作業，省工省力、便于管理，符合未來農業現代化發展的需要。無土栽培根據栽培介質的不同分為水培、霧培和基質栽培，其中基質栽培在我國作為無土栽培的主要形式具有巨大的發展潛力。

基質栽培是將作物的根系固定在有機或無機的基質中，通過營養液供給作物水分和養分的一種栽培方式。栽培基質可以裝入塑料桶內，或鋪于栽培溝或槽內，因此通常在設施內進行。通常設施內環境相較于外界環境溫度更高，同時由于基質通氣性強的特點，基質水分的蒸散量以及淋溶流失量較高，使基質栽培存在水分不易保存的缺點，造成作物水肥吸收不均勻，缺素現象時常發生，制約了無土栽培的可持續發展。因此，開發適合無土栽培基質保水的高吸水性樹脂材料尤為關鍵，通過添加到基質中以提高其保水能力，改善其物理特性。