一种海藻型吸水保水材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海藻型吸水保水材料及其制备方法，其特征在于它主要是江蓠属海藻接枝丙烯酸类衍生物单体和／或丙烯酰胺类单体所得的接枝共聚物，且该接枝共聚物由江蓠属海藻以干重计为３８．８～５１．０质量份和１６．２～１７．５质量份单体接枝共聚得到。制备方法包括碱处理、加热糊化、引发接枝及干燥等步骤。具有原料易得、价格低廉、吸水效果好、有一定的耐盐碱特性等优点，还能对环境中的重金属离子起吸收作用，减少重金属对环境的毒性；该吸水保水材料的制备工艺简单、能耗低、生产原料来源广泛、适于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具吸水、保水功能的高分子材料及其制备方法，具体说是一种由大型海藻和丙烯酸、丙烯酰胺等接枝共聚制备的高吸水保水材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业化水平的提高和社会经济的发展，人类活动造成的海洋环境问题已引起世界范围内的广泛关注。环境的负反馈影响已危害到近海生态系统，甚至影响到沿岸社会的稳定。生物修复技术已成为污损治理的对策之一。大型海藻是海洋环境中对氮磷污染物非常有效的生物过滤器，海藻与动物混养可有效地去除动物养殖过程中排放的污染物质。由此可见，通过在近海富营养化水域规模化栽培大型海藻作为营养缓冲器，可平衡因人类活动所带来的额外营养负荷，有效地降低近海氮、磷污染的风险。用大型海藻对近海污染环境进行生物修复具有独特的优势。目前所选用的大型海藻，主要是江蓠属海藻，作为环境污损区的修复用生物，这些藻类具有生长快、周期短、营养吸收能力强等特点，传统上这类海藻主要是作为琼脂生产的原料，有一定的经济效益和利用价值，但由于2个方面的原因造成了我国的养殖海藻经济附加值低一是深加工技术落后，二是目前琼脂市场基本上趋于饱和状态。因此，造成了海藻的养殖修复技术难以大面积应用推广，甚至还有些养殖的海藻直接腐烂在水体中，成为二次污染源。在这样的情况下，必需要加强对收获海藻产品的利用开发，我们研究的海藻型吸水保水材料(聚合物)就是在这方面的一个成功的产品。高吸水性材料(SAP)又称高吸水性树脂(SAR)，是一种含有羟基、羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。吸水性能力和保水能力强，且对光、热、酸、碱的稳定性好，具有良好的生物降解性能。目前，国内外对高吸水性树脂的研究很多很广，用于合成高吸水树脂的原料也很多，纤维素、淀粉、甲壳素等等，但直接利用大型海藻或其产物作为应用开发高吸水性材料的原料，是目前未涉及到的。在有水的情况下，保水材料可以大量地吸收环境中的水分，以化学或物理方式结合于材料中，当外界环境缺乏水分时，缓慢地释放出所结合的水分供环境中的生物利用，该产品被广泛地应用于干旱地区的植物造林等，在我国的西北等地区有着广大的沙漠，土地沙漠化也非常严重，已成为我国的主要环境问题之一，防治沙漠化现象主要的原因是由于这些地区缺水，所种植的树木难以成活或成活率很低。保水材料由于其特有的性能，可以在这些方面发挥其应有的作用。本材料的开发和研究，对于东部沿海水域的污染及西部的沙漠化问题都有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种性能价格比高、具有较高吸水和保水性，并具有一定的耐盐碱特性的海藻型吸水保水材料。本专利技术的另一目的是提供一种成本低、易操作、生产原料来源广泛、适于大规模生产的一种海藻型吸水保水材料的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为该海藻型吸水保水材料，其特征在于它主要是江蓠属海藻接枝烯类单体所得的接枝共聚物，且该接枝共聚物是由以下质量份数的江蓠属海藻和烯类单体接枝共聚得到江蓠属海藻以干重计为38.8～51.0份，烯类单体为16.2～17.5份；所述的烯类单体为丙烯酸类衍生物单体和/或丙烯酰胺类单体。所述的江蓠属海藻为江蓠属大型海藻龙须菜。所述的海藻型吸水保水材料还含有以质量份数计为0～1.5份的碳酸钙。添加一点点碳酸钙可以使产物呈白色，感观更好。所述的丙烯酸类衍生物单体是丙烯酸/甲基丙烯酸，或者是丙烯酸/甲基丙烯酸的碱金属盐、铵盐、胺盐，或者是丙烯酸/甲基丙烯酸的酯或醚；所述的丙烯酰胺类单体是丙烯酰胺或N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。所述的烯类单体是丙烯酸和丙烯酰胺，且丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为2.5∶1～3∶1。本专利技术所述的海藻型吸水保水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤a、以用水调匀的海藻干粉或捣碎的鲜海藻为原料，往原料中加入2～10wt％的氢氧化钠水溶液，混合处理后，再加入适量水，然后加热至80～100℃糊化；b、将经糊化处理的物料降温至60～70℃后，加入丙烯酸类衍生物单体和/或丙烯酰胺类单体，充分搅拌；c、加入相当于海藻干粉质量的0.8～5％的引发剂，搅拌，调节并保持温度至引发剂的反应活性温度，充分反应后得到未干燥的吸水保水材料； d、将未干燥的吸水保水材料切成小块后干燥，或干燥后粉碎成5～10mm见方的颗粒即得成品。所述步骤c中还加入有交联剂，交联剂用量为单体总质量的0.2～1.5％。加交联剂，并不影响产物的得率及特性，但会加快反应速度。所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、高锰酸钾、过氧化氢或过氧化钠。所述交联剂为多元醇、双丙烯酰胺、双甲基丙烯酰胺、碱土金属化合物或锌化物。所述氢氧化钠的用量为氢氧化钠与丙烯酸类衍生物单体及丙烯酰胺类单体总量的中和度为50％-90％。所述步骤c中还加入有碳酸钙。我们的初步研究表明江蓠属海藻经化学转化后，具有较强的吸收水分的能力，可作为保水材料进行开发研究；同时，江蓠属海藻对污染环境有明显的净化效果，且其生长快，养殖成本低。目前国内外还没有关于以大型海藻为原料进行保水材料应用开发的研究报道。因此，在这方面的深入研究，一方面可更好的拓宽环保型材料的开发渠道，降低沙漠化治理的成本，另一方面也为污损养殖区的营养污染修复，进而推广到我国近海富营养化修复，降低我国近海可持续利用的生态瓶颈起到很好的作用。海藻数量大、分布广，而且很多品种可以人工养殖，取材比较容易，价格低廉，用海藻开发吸水材料的途径，具有其新颖性优势和经济价值。伴随着相应产业的建立，将提供相当就业机会，产生可观的经济效益和良好的生态效益和社会效益。本专利技术是以大型海藻为原料，制得的新型高吸水性保水性的材料，其为海藻开发提供了一种新思路，拓宽了海藻目前的应用空间及价值。海藻是自然界的生产者，而且海藻作为营养污染的高效修复生物，目前正在大力推广和扩大人工养殖的规模，可以说，其具有相当大的数量和潜在的产量增长，以其为原料，容易获得，而且合成的材料也有很好的生物降解性等优点。本专利技术提供的吸水保水材料具有高吸水性和保水性，能对环境中的重金属离子起吸收作用，减少重金属对环境的毒性；对环境中的营养元素(N和P)有较强的浓缩作用，能有效减少农业生产上肥料的流失，还具有应用方便、可降解、有一定的耐盐碱特性，能在环保上和农林业上广泛应用。并且该吸水保水材料的制备工艺简单、能耗低、生产原料来源广泛、适于大规模生产。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。所有实施例中除各实施例中另有说明外，海藻型吸水保水材料的制备步骤如下a、以用水调匀的海藻干粉或捣碎的鲜海藻为原料，往原料中加入2～10wt％的氢氧化钠水溶液，混合处理后，再加入适量水，然后加热至80～100℃糊化；b、将经糊化处理的物料降温至60～70℃后，加入丙烯酸类衍生物单体和/或丙烯酰胺类单体，充分搅拌；c、加入相当于海藻干粉质量的0.8～5％的引发剂，搅拌，调节并保持温度至引发剂的反应活性温度，充分反应后得到未干燥的吸水保水材料；d、将未干燥的吸水保水材料切成小块后干燥，或干燥后粉碎成5～10mm见方的颗粒即得成品。对比例(一)称取2g、4g、6g、8g、10g琼脂，去离子水总用量100ml，氢氧化钠5g，90℃加热糊化，降温至60℃；量取14.3ml(15g)丙烯酸溶液，再加入5g丙烯酰胺固体，搅拌溶解均匀；维持混合液温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海藻型吸水保水材料，其特征在于它主要是江蓠属海藻接枝烯类单体所得的接枝共聚物，且该接枝共聚物是由以下质量份数的江蓠属海藻和烯类单体接枝共聚得到：　　　　江蓠属海藻以干重计为３８．８～５１．０份，　　　　烯类单体为１６．２～１７．５份；　　　　所述的烯类单体为丙烯酸类衍生物单体和／或丙烯酰胺类单体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永健，苏秀榕，陶震，朱艺峰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]