高吸水树脂,又称保水剂,作为一种无毒、无害、无污染的新型功能高分子,高吸水树脂由于其有大量的羧基、羟基等强吸水性基团和低交联度的三维网络结构而具有优良的吸水性能和保水性能,能够短时间内吸水成百上千倍并保持长时间水分不流失。目前,高吸水树脂种类繁多应用广泛,在医药卫生、农林园艺产业、建筑业、工业等领域有广泛应用。玉米秸秆分布广泛,数量惊人,年产量7亿多吨。并且随着我国农业的飞速发展,农民生活的日新月异,秸秆产量倍增,成为我国三大农业废弃物之一。如今对秸秆的相关研究越来越受到人们关注,对秸秆的利用日趋广泛,主要包括:农业利用、饲料利用、纤维素利用、培养基利用、工业利用等。其中不得不说的是纤维素利用,由于秸秆富含大量纤维素,纤维素是具有大量亲水基团的天然高分子,同高吸水树脂接枝共聚后可以有效地增强吸水树脂的吸水倍率,同时克服其耐盐性差的缺点。锂皂石(硅酸镁锂)是人工合成的三八面体层状胶体材料,由于其特殊的微观结构,使其具有较好的触变性、分散性、化学稳定性和耐热性等特性,少量融入水后能很快的膨胀形成吸水量很大的具有网络结构的高粘度凝胶。虑到锂皂石纳米结构和性能特点,创造性的将其加入高吸水树脂的合成中,从而达到改善高吸水树脂耐热性、化学稳定性和力学性能的目的。本文紧跟高吸水树脂发展趋势,尝试利用天然高分子材料秸秆改性树脂,并开发性的加入纳米矿物材料锂皂石,采用水溶液聚合将丙烯酸改性玉米秸秆与丙烯酸、丙烯酰胺通过接枝共聚制备了秸秆/锂皂石复合高吸水树脂,研究了丙烯酸改性秸秆含量、丙烯酸与丙烯酰胺比例、丙烯酸中和度、交联剂用量、锂皂石用量、引发剂用量等对秸秆复合高吸水性树脂吸水保水性能、吸肥性能和凝胶强度的影响,采用FTIR、XRD、SEM和TGA对秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的结构、形貌和耐热性进行了表征,得到了吸水速率快、吸水率高、保水性能好、氮肥、磷肥和钾肥等肥料吸肥液率高、吸肥速率快、凝胶强度大、耐热性好的秸秆/锂皂石复合高吸水树脂。主要研究成果如下:(1)秸秆/锂皂石复合高吸水树脂吸水吸肥速率较快,50min左右达到吸水和尿素吸肥平衡,30min左右达到氯化钾和磷酸二氢铵吸肥平衡,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂吸水吸肥性能的顺序为:吸水率>尿素吸肥率>氯化钾吸肥率>磷酸二氢铵吸肥率。(2)当丙烯酸改性秸秆用量为15%,过硫酸铵用量为1.6%,交联剂用量为0.1%,丙烯酸中和度为70%,丙烯酸和丙烯酰胺质量比为60:40,锂皂石用量为1%时秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂吸水率、1%尿素溶液、1%氯化钾和1%磷酸二氢铵溶液的吸肥率均达到最大值。(3)当改性秸秆含量为35%,过硫酸铵用量为1.6%,交联剂用量为0.5%,丙烯酸中和度为70%,丙烯酸和丙烯酰胺质量比为60:40,锂皂石含量为9%时秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的凝胶强度和保水率达到最大值。(4)随着丙烯酸改性秸秆含量的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂的吸水率和吸肥率均呈现先增后降的趋势,保水性能和凝胶强度呈现逐渐增加的趋势。随着引发剂过硫酸铵用量的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的吸水率、吸肥液率、保水率和凝胶强度均呈现先增大后降低的趋势。随着交联剂用量的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的吸水率和吸肥率不断降低,而保水率和凝胶强度却逐渐增加。随着丙烯酸中和度的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的吸水率和吸肥率、凝胶强度和保水率均呈现先增后降的趋势。随着丙烯酸和丙烯酰胺质量比的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的吸水吸肥性能,保水率和凝胶强度均呈现先增加后降低的趋势。随着锂皂石用量的增加,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂的吸水率和吸肥率均呈现逐渐降低的趋势,保水率和凝胶强度却逐渐增加。(5)SEM表明锂皂石表面凹凸不平,团聚较严重,有明显的片状或棒状结构,未改性玉米秸秆表面比较光滑、致密,呈现出不连续、大小各异的纤维片状结构,丙烯酸改性后的玉米秸秆表面粗糙、疏松、多孔且断裂成不规则的碎片,秸秆/锂皂石复合高吸水树脂表面粗糙、呈皱褶状,具有沟壑和微孔结构。XRD揭示秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂为非晶无序结构,原来归属于锂皂石和秸秆结晶结构的尖锐衍射峰消失。FTIR谱图表明秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂具有丙烯酸改性玉米秸秆结构单元、锂皂石单元、AA单元和AM单元,制备的秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂为目标产物。TGA结果表明秸秆/锂皂石复合高吸水性树脂的热失重曲线分为四个阶段,加入锂皂石可以明显提高高吸水树脂的耐热性能。