耐鹽性吸水性聚丙烯酸鹽樹脂的制備和研究

黃鋒　朱達

【摘要】研究了引發(fā)劑比例、交聯(lián)劑用量對新型聚丙烯酸鹽樹脂凝膠吸水及吸鹽水能力的影響。由實驗得到制備耐鹽性復合型聚丙烯酸鹽樹脂凝膠的適宜用量為納米纖維素/AA=1/9（質(zhì)量比）、納米纖維素/引發(fā)劑=30、交聯(lián)劑為AA的0.6%。

【關鍵詞】納米纖維素改性 納米復合材料 耐鹽性吸水樹脂

一、機理闡述

聚丙烯酸鹽樹脂是交聯(lián)型的聚電解質(zhì)，這類電解質(zhì)溶于極性溶劑中時，就會產(chǎn)生離解，產(chǎn)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(chǎn)生的排斥力會擴張網(wǎng)絡結構。鈉離子在水中自由移動，但因為受到網(wǎng)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(wǎng)絡內(nèi)部的離子濃度會大于外部陽離子濃度，導致離子內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，再加上聚電解質(zhì)本身水合能力強，水會在很短的時間里大量地進入網(wǎng)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(zhì)濃度及交聯(lián)度有關。吸收鹽水時，網(wǎng)絡內(nèi)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(wǎng)絡結構由擴展態(tài)轉變?yōu)轵榍鷳B(tài)。非離子型的高吸水性樹脂的吸水性對鹽環(huán)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(chǎn)物取出后無需任何處理，得條狀凝膠，密封封存

3.測試

取產(chǎn)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(wǎng)，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(fā)劑用量對凝膠吸水性能的影響

（1）步驟。首先，取九份質(zhì)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(fā)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(chǎn)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(fā)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(fā)劑的比例在30時可合成吸水率較高的吸水性樹脂。

2.交聯(lián)劑用量對水凝膠吸水性能的影響

步驟：取五份相同質(zhì)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(lián)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(nèi)交聯(lián)劑用量有一最佳值，當交聯(lián)劑含量為AA的0.6%時吸水率達到最大。當交聯(lián)劑用量少時，交聯(lián)不完全，交聯(lián)的密度低，形成聚合的網(wǎng)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(lián)劑用量增加時，水凝膠的交聯(lián)程度增大，可以形成網(wǎng)絡結構，水分子可以進入網(wǎng)絡結構中，故吸水能力增強。但超過最佳交聯(lián)劑用量時，交聯(lián)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(jīng)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(zhì)量比）、納米纖維素/引發(fā)劑=30、交聯(lián)劑為AA的0.6%。

參考文獻：

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[2]龍明策，王鵬，鄭彤.高吸水性樹脂的合成及其應用[J].高分子材料科學與工程，2002.

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