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纳米粘土的高吸性可降解多彩水晶泥及其制备方法

阅读:386发布:2020-07-17

专利汇可以提供纳米粘土的高吸性可降解多彩水晶泥及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及含 纳米粘土 的高吸 水 性可降解多彩水晶泥及其制备方法。所述水晶泥由丙烯酰胺类 单体 M1、 丙烯酸 钠M2、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺M3、无机纳米粘土M4、 水溶性 生物 高分子M5和水溶性色素M6溶于水在 氧 化还原引发体系下聚合而成,不仅具有高吸水率和吸色率,还具有一定的 力 学性能和 生物降解 性。本制备方法简单,条件可控、不污染环境,制备的水晶泥的吸水量和生物降解时间可由 温度 、pH值、交联度、水溶性生物高分子和纳米粘土用量及种类,以及反应物投料比来调节,外观 颜色 可由色素种类调节。本发明水晶泥可用于家庭、花卉市场和 园艺 等的环境装饰,以及苗木繁育、园林绿化、农业生产、生态环境治理、植被恢复等工程领域。,下面是纳米粘土的高吸性可降解多彩水晶泥及其制备方法专利的具体信息内容。

1.含纳米粘土的高吸性可降解多彩水晶泥,其特征在于由丙烯酰胺类单体M1、丙烯酸钠M2、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺M3、无机纳米粘土M4、水溶性生物高分子M5和水溶性色素M6溶于水在化还原引发体系下聚合而成,所得水晶泥不仅具有高吸水率和吸色率,还具有一定的学性能和生物降解性。
2.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述M1为丙烯酰胺或异丙基丙烯酰胺或N,N’-双乙基丙烯酰胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述丙烯酸钠M2是由丙烯酸和氢氧化钠按照摩尔质量比4∶3中和而成。
4.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺M3是制备水晶泥的交联剂,是一种白色结晶粉末,无味,吸湿性极小,遇高温或强光可自交联。
5.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述无机纳米粘土M4,晶体属单斜晶系的三八面体型层状酸盐矿物,能较好地分散在水中,水化膨胀形成半透明-透明的触变性凝胶,具有很强的吸附性能和离子交换能力,能与脂肪胺、季胺盐等反应达到有机化,具有吸收香精、色素、颜料或酶制剂,增加香味、减少药物苦味等功能。
6.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述水溶性生物高分子M5具有可降解性,为淀粉或羧甲基纤维素钠或海藻酸钠或谷酸或瓜胶或胶原蛋白或琼脂或半乳糖或腐植酸钠或蚕丝丝胶中的一种,加入一定pH值的去离子水中均可得到均一混合溶液,在一定期限的自然环境条件下(如温度、pH值、氧含量和土质等),能够被微生物完全分解变成低分子化合物。
7.根据权利要求1所述的水晶泥,其特征在于所述水溶性色素M6,为胭脂红或柠檬黄或日落黄或苋菜红或亮蓝或诱惑红或苹果绿或亮黑色素或巧克力棕色素中的一种。
8.一种如权利要求1所述的含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥的制备方法,包括下列步骤:
1)将无机纳米粘土M4、丙烯酰胺类单体M1、丙烯酸钠M2、水溶性生物高分子M5、交联剂M3、水溶性色素M6按照质量百分比为M1:10-25%,M2:70-86%,M3:0-2%,M4:1-10%,M5:2-5%,M6:0-1%先后加入去离子水中,配制成质量浓度为25-45%的水溶液,持续搅拌
60-120min,直至完全分散形成均一的混合溶液;
2)室温下将质量为反应单体总质量的0.1-5%的引发剂和催化剂依次加入到(1)中的混合溶液中,继续搅拌5-20min;
3)将(2)中的反应混合溶液倒入聚合容器中,置于30-45℃的恒温箱中反应5-10h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;
4)将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品。
9.根据权利要求7所述的含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥的制备方法,其特征在于聚合温度为35~45℃,聚合容器可以为棒状、管状、中空状、状和球状,聚合过程为敞开体系,无需氮气保护。
10.根据权利要求7所述的含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥的制备方法,其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸,催化剂为N,N,N’N’-四甲基乙二胺或亚硫酸氢钠,水晶泥的吸水量和生物降解时间可由温度、pH值、交联度、水溶性生物高分子和纳米粘土用量及种类,以及反应物投料比来调节,外观颜色可由色素种类调节。

说明书全文

纳米粘土的高吸性可降解多彩水晶泥及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高吸水性树脂及其制备方法技术领域,特别涉及含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥及其制备方法,所制备的水晶泥可用于家庭,花卉市场,园艺等的环境装饰和美化等。

背景技术

[0002] 水晶泥是一种形似水晶的透明状物质的土壤保水剂,能反复吸收和储存水分、养份及微量元素并可保持和缓慢释放养分,令植物生机勃勃、开花结果。我国是花卉生产大国,水晶泥作为花卉的栽培基质,是无土栽培的理想材料,改变了传统的泥土栽培,提高了观赏效果和经济效益。作为新型栽培基质,水晶泥主要以吸水材料为原料研制而成,呈凝胶状,具有如下优点:(1)总重量轻,总孔隙度大,吸水率高,持水强,具有一定的弹性和伸长性,热容量大、绝热性好。(2)无毒、无味、不沾手、易清洗、干净卫生,可配成不同的颜色,具有较好的观赏性。(3)成本低廉、易于制作、管理方便,省去了经常浇水的麻烦,而且不受地区性资源限制,可以规模化生产。
[0003] 中国专利CN1626575A公开了一种用于插花、养花以及瓶体装饰的育花幻彩水晶泥,主要采用聚丙烯酸盐或聚丙烯酰胺等树脂提供高吸水性,有机溶剂色浆染料提供颜色。中国专利CN101747688A公开了一种水晶泥着色用水基颜料制备物,其特征是在水晶泥着色中加入炭黑、颜料黄188等颜料粉。中国专利CN101525458A公开了一种具有良好拉伸效果且不粘手的水晶泥,主要是在聚乙烯醇溶液中加入黄原胶和闪粉等材料高温聚合而成。
中国专利CN11772776B公开了一种具有较高的凝胶强度和保水性、生产成本较低的水晶泥及其制备方法,突出特征是由氢化钠部分中和丙烯酸、丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和水的混合液在氧化还原引发作用下低温或常温制得,完全干燥状态下可吸收自身质量24-200倍的水。由上分析可以看出,现报道的水晶泥均未涉及其降解性和力学性能。水晶泥的降解性是指降解后可分解为水和二氧化,能完全被植物吸收,没有残余,避免二次污染。水晶泥的力学性能是指在溶胀后具有一定的力学强度,便于操作,防止碎裂。
[0004] 生物降解材料是指在适当和可表明期限的自然环境条件下,能够被微生物(如细菌、真菌和藻类等)完全分解变成低分子化合物的材料。如羧甲基纤维素钠、聚己内酯、聚乙烯醇、聚乳酸、壳聚糖、半乳糖、丝胶、海藻酸钠和淀粉等。纳米材料在力学、光学和化学活性以及其特殊的界面效应等方面具有的奇特性能,将无机纳米粒子加入水晶泥中可改善水晶泥的力学性能。中国专利CN101319019A公开了一种具有良好力学性能的纳米复合水凝胶的制备方法,即采用了无机纳米粉体锂蒙土。其原因在于引发剂与无机粘土片层表面的离子存在很强的相互作用,致使引发剂分子紧密地附着在其片层表面,引发单体聚合,生成的聚合物大分子链附着在粘土片层上,形成稳定的物理交联凝胶网络,该思想同样适用于水晶泥的制备。
[0005] 综上分析,研制同时具有良好的生物降解性、力学性能和吸水性等综合性能的水晶泥是目前水晶泥发展的重点,而在传统的水晶泥中引入生物降解性的亲水高分子和无机纳米粉体粘土矿物,综合利用水溶性高分子的生物相容性和高亲水性、无机纳米粘土的高比表面积和力学增强作用等优点则可实现优势互补,促进水晶泥的工业化生产和广泛应用。

发明内容

[0006] 本发明的水晶泥拟解决的两个关键技术问题是:设计一种具有优良亲水性和生物降解性的水晶泥,所得水晶泥可吸收自身100~300倍的水分,同时在给定期限内可自我降解。其次是设计一种具有一定力学性能和高染色率的水晶泥,所得水晶泥在吸收水分后仍可保持一定形状,不散架或碎裂,外观透明,并且易于和染料结合而不褪色。
[0007] 本发明的水晶泥的制备方法是所述水晶泥能在常温或加热条件下制备,工序少,操作简便,条件可控,易于普及。
[0008] 本发明所制备的含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥,由如式M1所示的丙烯酰胺类单体、如式M2所示的丙烯酸钠、如式M3所示的交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、如式M4所示的无机纳米粘土(具体如锂皂石和酸镁锂)、水溶性生物高分子M5(具体如淀粉、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、谷酸、瓜胶、胶原蛋白、琼脂、半乳糖、腐植酸钠和蚕丝丝胶等)和水溶性色素M6(具体如胭脂红、柠檬黄、日落黄、苋菜红、亮蓝、诱惑红、苹果绿、亮黑色素或巧克力棕色素)溶于水在氧化还原引发体系下聚合而成,所述的M1、M2、M3、M4、M5和M6的质量百分比为M1:10-25%,M2:70-86%,M3:0-2%,M4:1-10%,M5:2-5%,M6:0-1%;
[0009]
[0010]
[0011] 锂皂石(Hectorite):[Mg5.34Li0.66Si8O20(OH)4]Na0.66 M4[0012] 硅酸镁锂(Magnesium lithium silicate):[Mg,Li]3Si8O20(OH)2·4H2O[0013] 其中,R1、R2均为氢原子,或R1为氢原子,R2为异丙基,或R1为乙基,R2为乙基;
[0014] 如式M1所示的丙烯酰胺类单体是制备水晶泥的主要组分,为丙烯酰胺或异丙基丙烯酰胺或N,N’-双乙基丙烯酰胺中的一种。
[0015] 如式M2所示的丙烯酸钠是由丙烯酸和氢氧化钠按照摩尔质量比4∶3中和而成。
[0016] 如式M3所示的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺是制备水晶泥的交联剂,是一种白色结晶粉末,无味,吸湿性极小,遇高温或强光可自交联。
[0017] 如式M4所示的无机纳米粘土,晶体属单斜晶系的三八面体型层状硅酸盐矿物,能较好地分散在水中,水化膨胀形成半透明-透明的触变性凝胶,具有很强的吸附性能和离子交换能力,能与脂肪胺、季胺盐等反应达到有机化,具有吸收香精、色素、颜料或酶制剂,增加香味、减少药物苦味等功能。
[0018] 如式M5所示的水溶性生物高分子具有可降解性,为淀粉或羧甲基纤维素钠或海藻酸钠或谷氨酸或瓜耳胶或胶原蛋白或琼脂或半乳糖或腐植酸钠或蚕丝丝胶中的一种,加入一定pH值的去离子水中均可得到均一混合溶液,在一定期限的自然环境条件下(如温度、pH值、氧含量和土质等),能够被微生物完全分解变成低分子化合物。
[0019] 如式M6所示的水溶性色素,为胭脂红或柠檬黄或日落黄或苋菜红或亮蓝或诱惑红或苹果绿或亮黑色素或巧克力棕色素中的一种,可用于食品、药品、化妆品等行业。
[0020] 本发明含纳米粘土的高吸水性可降解多彩水晶泥及其制备方法,包括如下步骤:
[0021] 1)将无机纳米粘土M4、丙烯酰胺类单体M1、丙烯酸钠M2、水溶性生物高分子M5、交联剂M3、水溶性色素M6按照质量百分比为M1:10-25%,M2:70-86%,M3:0-2%,M4:1-10%,M5:2-5%,M6:0-1%先后加入去离子水中,配制成质量浓度为25-45%的水溶液,持续搅拌60-120min,直至完全分散形成均一的混合溶液;
[0022] 2)室温下将质量为反应单体总质量的0.1-5%的引发剂和催化剂依次加入到(1)中的混合溶液中,继续搅拌5-20min;
[0023] 3)将(2)中的反应混合溶液倒入聚合容器中,置于30-45℃的恒温箱中反应5-10h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;
[0024] 4)将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品。
[0025] 根据本发明,所述的水晶泥的制备方法,其特征在于聚合温度为35~45℃,聚合容器可以为棒状、管状、中空状、块状和球状,聚合过程为敞开体系,无需氮气保护。
[0026] 根据本发明,所述的水晶泥的制备方法,其特征在于引发剂为过硫酸铵(APS)或过硫酸(KPS),催化剂为N,N,N’N’-四甲基乙二胺或亚硫酸氢钠。
[0027] 采用上述方法制备的水晶泥可用于家庭、花卉市场和园艺等的环境装饰,以及苗木繁育、植树种草、农业生产、生态环境治理、植被恢复、土壤复垦等工程领域。
[0028] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0029] (1)无机纳米粘土的引入一方面可以增加吸水量,另一方面可以提高水晶泥溶胀后保持一定的强度,而水溶性生物高分子的引入可以使水晶泥在一定期限后自动降解,避免对环境的长久污染,由此制备的水晶泥不仅吸水率和吸色率高,还具有一定的力学性能和生物降解性。
[0030] (2)制备方法简单、操作简便、条件可控、易于普及、管理便捷,不污染环境,具有极高的观赏价值和工业化推广前景。
[0031] (3)所制备的水晶泥的吸水量和生物降解时间可由pH值、交联度、水溶性生物高分子和纳米粘土用量及种类,以及反应物投料比来调节,外观颜色可由色素种类调节。

具体实施方式

[0032] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,其他的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0033] 实施例1
[0034] 将0.5公斤的锂皂石、3.75公斤丙烯酰胺、18.9公斤丙烯酸钠、1公斤海藻酸钠、25克亚甲基双丙烯酰胺、0.2公斤胭脂红先后加入去离子水中,配制成质量浓度为35%的水溶液,持续搅拌70min,直至完全分散形成均一的混合溶液;室温下将100克过硫酸铵和
100mL N,N,N’N’-四甲基乙二胺依次加入到上述混合溶液中,继续搅拌10min;将上述反应混合溶液倒入聚合容器中,置于40℃的恒温箱中反应7h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品;产品吸收蒸馏水后为红色,吸水倍率是干重的230%,35℃下使用10个月后会发生降解。
[0035] 实施例2
[0036] 将0.6公斤的硅酸镁锂、4公斤异丙基丙烯酰胺、20公斤丙烯酸钠、1.5公斤羧甲基纤维素钠、30克亚甲基双丙烯酰胺、0.25公斤巧克力棕色素先后加入去离子水中,配制成质量浓度为30%的水溶液,持续搅拌100min,直至完全分散形成均一的混合溶液;室温下将120克过硫酸钾和150mL N,N,N’N’-四甲基乙二胺依次加入到上述混合溶液中,继续搅拌15min;将上述反应混合溶液倒入聚合容器中,置于30℃的恒温箱中反应10h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品;产品吸收蒸馏水后为棕色,吸水倍率是干重的168%,35℃下使用12个月后会发生降解。
[0037] 实施例3
[0038] 将0.8公斤的锂皂石、3公斤丙烯酰胺、16公斤丙烯酸钠、1公斤丝胶蛋白、30克亚甲基双丙烯酰胺、0.2公斤柠檬黄先后加入去离子水中,配制成质量浓度为40%的水溶液,持续搅拌120min,直至完全分散形成均一的混合溶液;室温下将100克过硫酸钾和亚硫酸氢钠依次加入到上述混合溶液中,继续搅拌10min;将上述反应混合溶液倒入聚合容器中,置于40℃的恒温箱中反应7h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品;产品吸收蒸馏水后为黄色,吸水倍率是干重的271%,酸下使用5个月后会发生降解。
[0039] 实施例4
[0040] 将0.6公斤的硅酸镁锂、3.7公斤丙烯酰胺、16.3公斤丙烯酸钠、0.4公斤腐植酸钠、30克亚甲基双丙烯酰胺、0.1公斤苹果绿先后加入去离子水中,配制成质量浓度为30%的水溶液,持续搅拌80min,直至完全分散形成均一的混合溶液;室温下将120克过硫酸铵和100mL N,N,N’N’-四甲基乙二胺依次加入到上述混合溶液中,继续搅拌10min;将上述反应混合溶液倒入聚合容器中,置于45℃的恒温箱中反应5h,即得到所述的高吸水性的可降解多彩水晶泥;将反应后的产物直接切粒包装,或经吸水溶胀、切粒、干燥和包装等程序,得到最终产品;产品吸收蒸馏水后为绿色,吸水倍率是干重的213%,35℃下使用9个月后会发生降解。
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