一种不通氮可工业化或家庭式生产的高吸水树脂新工艺

摘要

一种不通氮可工业化或家庭式生产的高吸水树脂新工艺，因不需要通氮，故本发明的突出优点是可在非密闭系统和常压情况下加热，实现聚合反应。从根本上简化了原有的生产工艺并调整了配方的原料，从而可同时避免使用氮气与现有技术中的一些易燃易爆及有毒物质，减少了环境污染，促进了安全生产；聚合反应基本可以控制，消除了爆聚的危险；工艺条件与产品成本均低到可使农户进行家庭式生产的程度；工业化生产同比可节省投资1/3强。两者质量一样。

说明书

本发明涉及一种高吸水树脂的免氮合成法，属于化工产品及其加工工艺。

高吸水树脂亦称吸水保水剂，是一种功能性高分子材料，可广泛应用于农、林、牧、医疗卫生、石油、建筑、食品等领域，但目前未能大规模推广，其主要原因是价格太高。而造成价格高的主要因素是生产工艺问题。目前采用的工艺有悬浮聚合法、反相悬浮聚合法、水溶液聚合法、乳液聚合法、反相乳液聚合法，上述工艺方法除都要通氮气保护外，还均需用有机溶剂，如正己烷、煤油、汽油、甲苯等，多为易燃易爆物品，操作危险且污染环境；后处理工序繁琐，产品需甲醇、丙酮等有毒溶剂洗涤，易挥发，回收困难，不仅加大成本，而且危及工人安全；原辅料消耗大，成本高，工艺难度大，存在爆聚的危险，影响安全生产。其它，如“分项控制合成法”，仍需在反应时通入氮气1小时，这样设备必然要比不通氮气复杂些、要求也高些。

本发明目的在于克服现有技术的欠缺之处，提供一种高吸水树脂的免氮合成法，使聚合反应基本上能人为控制，并调整配方的原料，从而根本上消除了爆聚的危险，工艺十分简单，生产成本很低。使这种高科技产品，能在农村实现家庭式生产，为干旱贫困地区脱贫致富带来实惠。

本发明之目的是这样实现的：

一、采用的原料：

1^#丙烯酸水溶液                          20～70％；

2^#(NH₄)OH水溶液                        0～60％；

3^#KOH水溶液                             0～60％；

4^#NaOH水溶液                            0～60％；

5^#(1)引发剂                             0.01～0.5％；

(2)交联剂                                0.005～0.05％；

6^#去离子水——已分配到上述水溶液中；

7^#淀粉——宜就地取材，                  0～15％。

上述原料中1^#是必需的，2^#、3^#、4^#至少有一种，5^#(1)与6^#是必需的，5^#(2)必要时才用到；若要生产淀粉接枝型高吸水树脂，则才用到7^#。

二、本发明采用不通氮生产高吸水树脂的新工艺，步骤如下

首先称取规定量的丙烯酸水溶液放入有冷却功能的耐蚀搅拌器中，然后将规定量的一价氢氧化物中的一种或某几种水溶液缓慢加入上述搅拌器中，使其内混合的中和液温度控制在35℃±5℃范围内，待一价氢氧化物水溶液加完，继续搅拌冷却，当搅拌器内的中和物温度降到38℃以下时，即可加入规定量的引发剂或其水溶液，若需要，其后再加入规定量的交联剂或其水溶液。继续搅拌冷却，使搅拌器中反应底物混合液的温度进一步降低时，便可从搅拌器中放出该溶液，盛在一塑料桶内，此时其PH值应在5.5～7.0之内。接着逐一将溶液倒入市售耐温超过110℃的塑料盘中(有聚氟乙烯塑料盘更好)，将盘在常压下放入加热器——视配方，有的可用蒸气直接加热、有的则要电加热，缓慢控制温度上升速度，升温到80℃～90℃时即开始反应，很快就变成半干半软的弹性胶体，待其冷却后很容易从盘中揭下。此物称为高吸水树脂“软块”，当地即可使用。若要远销，可切碎后烘干或直接烘干后粉碎，再称量包装之，即得干(颗)粒状高吸水树脂成品。无论在反应加温，还是烘干时的升温过程中，最好采用折线式升温。

若生产淀粉接枝型高吸水树脂，其中一种方法的步骤如下：首先称取规定量的丙稀酸水溶液加入能加热的耐蚀容器中，边搅拌边加入规定量的淀粉，搅拌均匀后，开始加热升温至55℃±5℃，糊化30分钟后冷却至室温，再将它们加入有冷却功能的耐蚀搅拌器中；然后将规定量的一价氢氧化物水溶液中的一种或几种缓慢加入上述搅拌器中，使其内混合的中和液温度控制在35℃±5℃范围内，待一价氢氧化物水溶液加完，继续搅拌冷却，当搅拌器内的中和物温度降到38℃以下时，即可加入规定量的引发剂或其水溶液，若需要，其后再加入规定量的交联剂或其水溶液。继续搅拌冷却，使搅拌器中反应底物混合液的温度进一步降低时，便可从搅拌器中放出该溶液，盛在一塑料桶内，此时其PH值应在5.5～7.0之内。接着逐一将溶液倒入市售耐温超过110℃的塑料盘中(有聚氟乙烯塑料盘更好)，将盘在常压下放入加热器——视配方，有的可用蒸气直接加热、有的则要电加热，缓慢控制温度上升速度，升温到80℃±5℃时即开始反应，很快就变成半干半软的弹性胶体，待其冷却后很容易从盘中揭下。此物称为高吸水树脂“软块”，当地即可使用。若要远销，可切碎后烘干或直接烘干后粉碎，再称量包装之，即得干(颗)粒状高吸水树脂成品。无论在反应加温，还是烘干时的升温过程中，最好采用折线式升温。

三、不通氮家庭式生产高吸水树脂的设备

1、有冷却功能的搅拌器，有下列物件组成：(1)电动搅拌器含搅拌捧；(2)20公斤容量的塑料桶；(3)直径在100厘米左右的体积较大的塑料盆。将(2)放入(3)中，(3)中放流水起冷却作用，将(1)安置在(2)中，使搅拌棒近(2)底部即可。

若要生产淀粉接枝型高吸水树脂，只要增加一个搪瓷锅用于淀粉糊化。

2、反应加热器，有的配方可用蒸馒头的设备即可，有的配方要用电加热的，如远红外线烘炉。

3、塑料盘(耐110℃高温)，市面上有买。我们用的是广州市凯发塑料厂产品。

产品为高吸水树脂“软块”，按日产100公斤“软块”计，上述设备投资按当前价格计算，不超过2千元，“软块”成本约10元人民币/公斤。若与“经济林根基节水栽培系列技术”(CN1179881A，简称“根灌”)结合使用，每1/15公顷(即1亩)，只需3～5公斤“软块”即可实施有效的抗旱增产。从而使干旱贫困地区的农村可自给自足，不需去他处以高价购买高吸水树脂(吸水保水剂)。若用于种子包衣或蘸根处理，每1/15公顷(亩)仅需3～8元。

四、不通氮工业化生产高吸水树脂的设备

1、带夹套的搪玻璃(或不锈钢)反应罐，夹层中可通蒸气加热，亦可通冷却水。罐内有搅拌器。罐置于易操作的平台上，配以耐蚀泵或耐蚀计量泵等相应设备。

2、反应加热器，大规模生产用电加热流水线；日产量不大的工厂可用厨具器械如RQZ系列燃气多用灶、远红外线烘炉等。

3、烘干设备，大规模生产的可用温度场布点控制的电加热器；日产量少的工厂，可用厨具器械中的远红外线烘炉或烤箱。不管用何设备烘干，温度不宜超过110℃。

4、其他设备如粉碎、计量、包装等器械，可按需很容易在市场买到。兹不赘述。

与现有技术相比，由于本发明不需通氮，故其突出的优点在于可在非密(封)闭系统和常压情况下加热，实现聚合反应。从根本上简化了原有的生产工艺并调整了配方的原料，从而可同时避免使用氮气与现有技术中的一些易燃易爆及有毒物质，减少了环境污染，促进了安全生产；聚合反应基本可以控制，消除了爆聚的危险；工艺条件与产品成本均低到可使农户进行家庭式生产的程度；工业化生产同比亦可节省投资1/3以上。且两种方式生产的产品，质量基本一样。

下面结合具体实例加以说明：

一、不含钠的聚丙烯酸盐

用上述免氮法按E₈₈配方生产的聚丙烯酸钾盐干(颗)粒，用去离子水浸泡12小时后，吸水率达500克/克以上；而用免氮法按E₉配方生产的聚丙烯酸盐干(颗)粒，用去离子水浸泡12小时后吸水率可超过600克/克，吸水后它们均变成水凝胶块，块与块之间无粘性，颗粒分明，弹性强，无钠离子、无淀粉、无毒(经中国医科院检验，见附件1)、晶莹透明。适用于农、林业上抗旱保墒，其相应的“软块”吸水率在250克/克～300克/克(去离子水)，使用效果与干颗粒一样。它们的使用寿命在土壤内无阳光直射的情况下，均达二年以上。

二、淀粉接枝型聚丙烯酸钠盐

用上述免氮法生产其干(颗)粒，用去离子水浸泡12小时后，吸水率可达200克/克左右。我们不提倡用上述物质于农、林业上，因为钠离子会导致土壤盐碱化，淀粉会引起霉变等敝端，且使用寿命仅几个月。

三、液体型不含钠的聚丙烯酸盐

适量增加6^#(去离吸水)，生产不含钠的聚丙烯酸盐，并在其中加些植物生长的有关营养元素，即成。其吸水率(去离子水)在100～300克/克之间。它主要用于种子包衣与蘸根，价格低廉。每1/15公顷(亩)，仅需几元人民币。

                           参考文献

1、冯晋臣，经济林根基节水栽培技术(简称“根灌”)，国家级科技成果，1996年，成果编号97100401A。