耐鹽性吸水性聚丙烯酸鹽樹脂的制備和研究

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(南京林業大學理學院高分子材料與工程專業；南京林業大學理學院材料化學專業)

一、機理闡述

聚丙烯酸鹽樹脂是交聯型的聚電解質，這類電解質溶于極性溶劑中時，就會產生離解，產生羧基負離子和很多無機離子。羧基負離子則與大分子鏈相連，難以擴散到水中，導致主鏈均為帶有負電荷的羧基負離子。不過，其間產生的排斥力會擴張網絡結構。鈉離子在水中自由移動，但因為受到網絡骨架上相反電荷的束縛、吸引，使得離子只能存在于骨架之中，這樣網絡內部的離子濃度會大于外部陽離子濃度，導致離子內外產生滲透壓，再加上聚電解質本身水合能力強，水會在很短的時間里大量地進入網絡中。

高吸水性樹脂的吸水能力可用Flory公式定量表示：

吸水能力主要與樹脂的親水性、電解質濃度及交聯度有關。吸收鹽水時，網絡內外的滲透壓降低，同時考慮同離子效應、鹽效應及外部離子的存在，抑制了離子基團的離解，網絡結構由擴展態轉變為蜷曲態。非離子型的高吸水性樹脂的吸水性對鹽環境的抵抗性較強，故吸水速度更快，可利用納米纖維素制備納米復合型聚丙烯酸鹽，使親水離子多樣化，提高吸水性樹脂的耐鹽性。

二、實驗流程

1.納米纖維素的堿化處理

首先，稱取納米纖維素；其次，將納米纖維素在超聲儀中充分震蕩均勻；最后，將納米纖維素與氫氧化鈉在低溫的條件下反應30min，生成堿纖維素

2.聚丙烯酸鹽樹脂的制備

首先，稱取一定量的丙烯酸；其次，將堿化后的納米纖維素與一定量的過硫酸銨及N，N′—亞甲基雙丙酰胺加入丙烯酸中；最后，將上述混合液滴加到石英槽中，置于紫外光輻照聚合裝置中進行光照，產物取出后無需任何處理，得條狀凝膠，密封封存

3.測試

取產品試樣0.1g，加入到1000mL的燒杯中，放入500ml的去離子水，再靜置，每隔1小時，用尼龍篩網，濾瀝15min，以除去未吸附的水，按照下式計算試樣的吸水率，當其吸水率維持不變時，停止測試，用同樣的方法，換去離子水為生理鹽水，求吸液率。

三、結果分析

1.引發劑用量對凝膠吸水性能的影響

(1)步驟。首先，取九份質量相同的0.4000g的堿化后的納米纖維素放入燒杯中，均勻攪拌各加入3mL的AA，再分別加入納米纖維素與引發劑的比例為：5、10、15、20、25、30、35、40、45的過硫酸銨，再加入0.019g的N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺，最后滴加到石英槽中，在紫外光照下反應3小時。將產物置于100℃的電熱鼓風干燥箱中烘干至恒重。之后，測量每塊水凝膠的吸水率(均吸水9小時)。

(2)結果分析。此種樹脂的吸水率隨著引發劑用量的增大，先減少后增加，有一極大值。由實驗結果可得，在納米纖維素與引發劑的比例在30時可合成吸水率較高的吸水性樹脂。

2.交聯劑用量對水凝膠吸水性能的影響

步驟：取五份相同質量0.400g的堿化的納米纖維素放入燒杯中，加入20mL的蒸餾水，攪拌均勻，均加入3mL的AA，再加入0.0140g的過硫酸銨；依次加入交聯劑的用量是丙烯酸的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺；最后滴加到石英槽中，在紫外光照下反應3小時；反應結束后，測量每塊水凝膠的吸水率。

在一定的范圍內交聯劑用量有一最佳值，當交聯劑含量為AA的0.6%時吸水率達到最大。當交聯劑用量少時，交聯不完全，交聯的密度低，形成聚合的網絡結構對水的吸收能力較差，導致吸水能力下降，故吸水率低。當交聯劑用量增加時，水凝膠的交聯程度增大，可以形成網絡結構，水分子可以進入網絡結構中，故吸水能力增強。但超過最佳交聯劑用量時，交聯密度過大反而使水凝膠的吸水能力降低。

3.吸水性和吸鹽水性

實驗表明，反應9小時，聚丙烯酸鹽吸水樹脂會達到飽和吸水率(400%)，11小時達到飽和吸鹽水率(210%)。經過納米纖維素復合后的聚丙烯酸鹽樹脂，對鹽水具有了一定的吸收能力，具有較好的耐鹽性。

四、結論

通過對納米纖維素晶體的表面改性，能過改善其耐鹽性。由實驗可得最佳比例：納米纖維素/AA=1/9(質量比)、納米纖維素/引發劑=30、交聯劑為AA的0.6%。