丙烯酰胺高吸水性树脂的研究进展
2015-11-11
高吸水性树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，具有吸收比自身重几百倍甚至上千倍的高吸水性能，并且保水性能良好，因此其在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等行业均有广泛用途。近年来，采用有机／无机纳米材料复合的方法将无机黏土矿物复合到有机高分子基体中制备的复合高吸水性树脂，由于具有优异的吸水保水性能已在多个领域得到了广泛应用[1-3]凹凸棒是一种富镁的纤维状硅酸盐类黏土矿，将其加入到高吸水树脂中不但可以降低生产成本，而且由于其表面存在着大量的Si-OH，可应用于复合吸水树脂的制备。
微波是频率大约在300 MHz 300 GHz，即波长在1 m～l mm范围内的电磁波。高频率的微波对极性介质进行作用，可促进单体或反应液快速升温，且加热均匀，避免了传统加热方式加热速度慢、受热不均匀等缺点。由于微波频率与化学基团的旋转振动频率接近，因此可以使分子构象发生改变，活化某些基团，而对大分子链无损伤，可大大加快反应速度[4-7]。
1 实验部分
1.1主要原料
凹凸棒，工业品，明光市明涛凹凸棒矿品厂；
丙烯酸、丙烯酰胺，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；
过硫酸钾，分析纯，天津市化学试剂六厂；
亚硫酸氢钠，分析纯，天津市化学试剂六厂；
N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，分析纯，天津傲然精细
化工研究所。
1.2主要设备及仪器
红外光谱分析仪，Spectrum 100，美国Perkin Elmer公司；
真空冷冻干燥箱，FD-5，北京博医康实验仪器有限公司；
摇摆式高速中药粉碎机，YBY-200，广州市一搏机电设备有限公司；
常压微波合成／萃取反应工作站，MAS-I，上海新仪微波化学科技有限公司。
1.3高吸水性树脂的制备
将装有15 mL丙烯酸的烧杯放入冰水浴中，加入质量分数为40%的NaOH溶液，中和至一定的pH值，然后加入一定量的丙烯酰胺、凹凸棒、交联剂N，NL亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸钾和亚硫酸氢钠，搅拌均匀，转移至微波反应器中，在一定的辐射功率下反应一定时间，得到黏稠状产物。将该产物放入烘箱中于80℃下干燥24 h并粉碎，即得粉末状样品。
1.4性能测试与结构表征
取0.25 g样品加入装有500 mL去离子水的烧杯中，静置2 h，用自制的孔径为0.075 mm无缝滤袋静置沥水30 min，称取未被吸收的去离子水质量。按式(1)计算吸水倍率：
Q一(500-M)／0.25 (1)
式中 Q--吸水倍率，g/g
M～未被吸收去离子水的质量，kg
用NaCl配成质量分数为0.9%的生理盐水，取0.25 g样品加入到装有500 mL生理盐水的烧杯中，静置2 h，用自制的0.075 mm无缝滤袋静置沥盐水30 min，称取未被吸收的生理盐水的质量。按式(2)计算吸水倍率：
QY=(500-MY)／0.25 (2)
式中QY--吸水倍率，g／g
My--未被吸收去离子水质量，kg
采用KBr压片法，分别将样品丙烯酸-丙烯酰胺和凹凸棒复合丙烯酸一丙烯酰胺与KBr以1：100的比例混合后压片，然后进行红外光谱分析。
2结果与讨论
2.1 中和度对吸水性能的影响
由图1可以看出，中和度为80%时树脂吸水倍率最高，因此本实验对丙烯酸的中和度选80%。高吸水树脂的吸水性能主要是由其内部网状结构的内外渗透压来决定的，中和度如果过低，则其网状结构内部Na+的浓度较小，由此而产生的渗透压也较小，因此，随着中和度的增加，其Na+离子浓度增加，吸水倍率呈上升趋势；然而，如果中和度过高，网状结构中的Na+离子浓度较大，离子与水分子间的作用多而强，使得氢键之间的排列更具有方向性，由于相邻的氢键彼此干扰和羧基基团的相互排斥，限制了链的自由运动，使聚合物的微孑L不能充分发挥其贮水能力，因此聚合物的吸水倍率下降。
