煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法

本发明涉及高分子聚合物，具体为煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法。

背景技术：

1、对于高吸水性聚合物原料的问题，目前主要的制备原料是以石化产品为基础的合成高分子聚合物，这种方式在制备高吸水性聚合物上已有一定的应用，但由于石化产品不可再生、不能循环使用和不可降解并存在对环境污染及资源消耗等问题，所以急切需要寻找可替代石化原料的可持续、天然来源的制备原料方面进行更深入的研究。

2、而纤维素是一种广泛存在于自然界的生物质材料，可以从木材、草、农业残留物、林业废物以及城市固体废物等来源中获取，其主要是由β-1,4-葡萄糖苷键连接形成的线性多糖，由于纤维素的分子结构较为稳定，低断裂延伸率、良好的生物相容性、低成本和可生物降解性等优点，所以利用纤维素接枝丙烯酸制备高吸水性聚合物，并将其应用于农业生产、污水处理和医用卫生等领域，以达到绿色发展的目标，在农业生产领域，纤维素系高吸水材料可作为缓释肥料、土壤改良剂等，提高作物的抗旱性与增产效果，在污水处理领域，可以作为絮凝剂或沉淀剂，有效去除水体中的有害物质，降低污染物排放，在医用卫生领域，可应用于制备卫生巾、尿不湿等一次性卫生用品，提高产品的舒适度和安全性。

3、本申请在利用纤维素接枝丙烯酸制备高吸水性聚合物的同时，引入无机组分煤矸石，首先煤矸石是一种煤炭开采和煤炭处理过程中产生的废弃物，主要由矿物质构成，其矿物颗粒表面具有一定的亲水性基团(如羟基，氨基和羧基等)，有利于高吸水性树脂颗粒的增稳，分散和亲水，其次煤矸石具有一定的孔隙结构，可有效提高树脂的结晶性和分子间相互作用力，增强其强度和耐水性，煤矸石可以通过物理、化学和生物等不同加工方式进行改性和功能化，以调控其对高吸水性树脂性能的影响，使其更好地适应不同应用场景的需求，总之，煤矸石作为高吸水性树脂的无机组分，在资源充足、制备成本低廉、性能可调性强等方面具有显著优势，为此亟需煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，包括以下步骤：

2、s1：将称好的纤维素(纤维素的用量是单体的5-8wt.％)放入四颈烧瓶中，加入30-90ml蒸馏水并在70℃水浴中糊化30min，通入惰性气体以保持整个反应过程都处于惰性气氛，并且用冷凝管冷凝回流，目的是将气体或蒸汽变回液体状态，以便于后续的沉淀、收集和处理；

3、s2：将氢氧化钠溶液用胶头滴管缓慢加入盛有聚合单体的烧杯中进行中和(中和度在60-80％)，配成悬浮液，静置10min后加入改性后的煤矸石粉(煤矸石粉的用量是单体的15-30％)，放入超声机中，在温度25℃下超声10min；

4、s3：将分散剂加入已降至40℃的由步骤s1制得的纤维素糊化液中搅拌，5min后再加入表面活性剂，反应30min；

5、s4：向步骤s3制备的体系中加入引发剂，反应20min；

6、s5：向步骤s4制备的体系中加入步骤s2中超声后的悬浮液，反应20min

7、s6：向步骤s5制备体系中加入交联剂，在持续搅拌中升温至聚合温度70℃反应2-3h后取出产物，并用无水乙醇洗涤1-3次后放在80℃的烘箱中干燥24h。

8、优选的，所述步骤s4中的搅拌速度为300-400r/min，所述分散剂为正己烷。

9、优选的，所述惰性气体为氮气、氦气或氩气中的一种，优选为氮气；在缓慢加热到聚合温度时，根据反应物的多少需要聚合反应在适宜的反应温度下持续足够长的时间，以保证单体在聚合过程中现实较高的转化率和达到要求的分子量，优选反应时间为10min，优选反应温度为60-70℃。

10、优选的，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种，优选过硫酸钾，引发剂的用量优选为聚合单体质量的1.0-1.2wt.％。

11、优选的，所述步骤s2中水相与油相的体积比优选为3。

12、优选的，所述表面活性剂用量优选聚合单体质量的0.5-0.9wt.％，这样可以使表面活性剂的作用最大化，并且不会过分消耗表面活性剂，提高反相悬浮聚合的经济性。

13、优选的，所述交联剂采用n,n-亚甲基双丙烯酰胺，它具有良好的交联性能和化学稳定性，能够形成高强度的凝胶结构，交联剂的用量为聚合单体的0.10-0.14wt.％，保持合适的交联剂用量，可以有效地增强高分子的交联性质和凝胶强度，进一步提高高分子的保水性能和稳定性。

14、优选的，所述煤矸石为2wt.％氢氧化钠改性后的，煤矸石的用量优选为聚合单体质量的10-30wt.％。

15、优选的，所述纤维素为木质纤维素，纤维素的用量优选为聚合单体质量的10-20wt.％。

16、优选的，所述表面活性剂为山梨糖醇甘油脂肪酸、聚甘油脂肪酸酯或甘油糖醛甘油油酸酯中的一种，优选聚甘油脂肪酸酯，表面活性剂的用量优选为聚合单体质量的0.5-0.9wt.％。

17、与现有技术相比，本发明提供了煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，具备以下有益效果：

18、1、该煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，通过利用表面改性方法，以提高纤维素系高吸水性树脂的亲水性和稳定性，这可以从煤矸石原粉，纤维素接枝丙烯酸和煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物xrd、ft-ir、tem和sem谱图中得到证实。

19、2、该煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，通过将纤维素有机相和热碱改性活化后的煤矸石作为无机相，通过反相悬浮聚合法制备了煤矸石基纤维素保水剂，煤矸石作为固废物，可以做到变废为宝，物尽其用，并且具有良好的生物降解性，可以降低其对环境的污染，同时也有助于土壤改良。

20、3、该煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，通过以资源丰富、来源广泛和价格低廉的纤维素为主要原料，为纤维素的利用提供了新的途径，纤维素结构中含有大量的羟基，这些羟基能够提供较强的抗氧化性能，减少分子的氧化损伤和增强亲水性，并且也有利于实现对纤维素的接枝改性，增强其优异性能。

21、4、该煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，通过充分利用了纤维素很好的三维网状结构，大大提高了吸水性和保水性能，让复合材料在很多领域上有了新的拓展与延伸。

技术特征：

1.煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中的搅拌速度为300-400r/min，所述分散剂为正己烷。

3.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氦气或氩气中的一种，优选为氮气；在缓慢加热到聚合温度时，根据反应物的多少需要聚合反应在适宜的反应温度下持续足够长的时间，以保证单体在聚合过程中现实较高的转化率和达到要求的分子量，优选反应时间为10min，优选反应温度为60-70℃。

4.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种，优选过硫酸钾，引发剂的用量优选为聚合单体质量的1.0-1.2wt.％。

5.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中水相与油相的体积比优选为3。

6.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂用量优选聚合单体质量的0.5-0.9wt.％，这样可以使表面活性剂的作用最大化，并且不会过分消耗表面活性剂，提高反相悬浮聚合的经济性。

7.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述交联剂采用n,n-亚甲基双丙烯酰胺，它具有良好的交联性能和化学稳定性，能够形成高强度的凝胶结构，交联剂的用量为聚合单体的0.10-0.14wt.％，保持合适的交联剂用量，可以有效地增强高分子的交联性质和凝胶强度，进一步提高高分子的保水性能和稳定性。

8.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述煤矸石为2wt.％氢氧化钠改性后的，煤矸石的用量优选为聚合单体质量的10-30wt.％。

9.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述纤维素为木质纤维素，纤维素的用量优选为聚合单体质量的10-20wt.％。

10.根据权利要求1所述的煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为山梨糖醇甘油脂肪酸、聚甘油脂肪酸酯或甘油糖醛甘油油酸酯中的一种，优选聚甘油脂肪酸酯，表面活性剂的用量优选为聚合单体质量的0.5-0.9wt.％。

技术总结本发明涉及高分子聚合物技术领域，且公开了煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，包括以下步骤：S1：将称好的纤维素(纤维素的用量是单体的5‑8wt.％)放入四颈烧瓶中，加入30‑90ml蒸馏水并在70℃水浴中糊化30min，通入惰性气体以保持整个反应过程都处于惰性气氛，并且用冷凝管冷凝回流。该煤矸石基纤维素接枝丙烯酸高吸水性聚合物的制备方法，通过将纤维素有机相和热碱改性活化后的煤矸石作为无机相，通过反相悬浮聚合法制备了煤矸石基纤维素保水剂，煤矸石作为固废物，可以做到变废为宝，物尽其用，并且具有良好的生物降解性，可以降低其对环境的污染，同时也有助于土壤改良。技术研发人员：王雨寒,张岩,高平强,赵师平,时爽受保护的技术使用者：榆林学院技术研发日：技术公布日：2024/8/21