DDMA/S樹脂的合成及吸油性能

魏 媛,廖肅然,楊瑞麗

(河南工程學院 材料與化學工程學院，河南 鄭州 450007)

近年來，有機溶劑類泄漏事故時有發生，如2005年11月吉林石化公司雙苯廠一車間發生爆炸，約100噸苯類物質流入松花江，造成了江水嚴重污染，沿岸數百萬居民的生活受到影響[1]。2016年5月，呼和浩特市一輛罐車和自卸車相撞導致苯泄漏[2]，像其他油品如油罐車泄漏也時有發生，因此需要開發對有機溶劑類有較好吸收作用的材料來處理突發事故，減少對人民群眾生活的危害，保護生態環境。吸油樹脂是通過親油性單體制備得到的低交聯度聚合物，是一種溶脹型的功能高分子材料。具備吸油種類多、吸油時不吸水、受壓時不漏油及易儲藏易運輸等優點，是傳統吸油產品理想的替代材料[3]。

1 實驗部分

1.1 藥品

苯乙烯(S)，天津市化學試劑一廠；甲基丙烯酸十二酯(DDMA)，梯希愛(上海)化成工業發展有限公司；二乙烯苯，Alfa Aesar; 十二烷基苯磺酸鈉，天津市福晨化學試劑廠；明膠，鄭州市化學試劑三廠；偶氮二異丁氰，北京北化精細化學品有限責任公司；93#汽油、柴油和豆油，市售。

1.2 DDMA/S樹脂的合成

在裝有回流冷凝器的三口瓶中加入一定量的蒸餾水、明膠和十二烷基苯磺酸鈉，邊攪拌邊升溫到60℃，觀察分散劑完全溶解后，將DDMA和S分別按1∶10、1∶4、3∶7、2∶3的質量配比加入攪拌后，加入適量偶氮二異丁氰及二乙烯苯，升溫到70～85℃，反應8～12個小時，得到粒狀聚合物，取出抽濾、水洗，烘干。

1.3 紅外測試

利用 NICOLET 6700 型紅外光譜儀(ATR 模式)，對合成的粒狀樹脂進行掃描，分辨率4 cm-1，掃描64次。

1.4 DDMA/S樹脂吸油率的測試

準確稱取1g左右干燥過的樹脂置入自制的金屬網中，浸入到待測油品中，定時取出，滴淌1～2 min后稱重，然后再浸入油品中，連續測定直至質量穩定，得到系列數據。依據(1)式計算吸油樹脂的吸油率(g/g)。

(1)

2 結果與分析

DDMA/S樹脂的合成采用懸浮聚合法，二種單體分別按1∶10、1∶4、3∶7、2∶3的質量配比制備了四種共聚物，其紅外圖譜見圖1。

圖1 DDMA/S樹脂的紅外圖(a:1∶10,b:1∶4,c:3∶7,d:2∶3)

圖1顯示四個譜圖的形狀相似，其中3080、3059、3025cm-1附近的峰為苯環C-H伸縮振動和骨架振動倍頻帶的貢獻[4-5]，1601、1492 cm-1附近的峰為苯環骨架振動特征吸收，757、696 cm-1附近的峰分別為單取代苯環五個H的面外彎曲振動和苯環骨架面外彎曲振動，說明共聚物中含有單取代苯結構[6]。2920、2850 cm-1左右的峰分別代表-CH2-的反對稱伸縮振動吸收和對稱伸縮振動吸收，1722 cm-1處為C=O的伸縮振動特征吸收峰，1452 cm-1峰代表-CH2-的對稱彎曲振動吸收，1376 cm-1弱吸收為-CH3的對稱彎曲振動特征吸收，說明甲基含量較少。1179、1028 cm-1處的吸收為酯基中的C-O-C伸縮振動峰[4]，說明丙烯酸酯結構單元的存在，即所得產物為共聚物。

因為共聚物結構相似，共聚物中二種結構單元都含有次甲基，紅外曲線中以2920 cm-1-CH2-的反對稱伸縮振動吸收的吸光度為標準，評價其他特征吸收的的強度Xi，見式(2)。

(2)

Ai分別代表C=O吸光度AC=O、苯環在1601 cm-1附近骨架振動吸光度Aф1601以及苯環在757 cm-1附近的面外彎曲振動的吸光度Aф757，數據見表1。

表1 不同組成共聚物的紅外特征吸收

由表1看出，隨著單體組成比mDDMA/mS從1∶10、1∶4到2∶3，共聚物中DDMA含量逐步增大，反映在羰基含量逐步增多，羰基的吸收強度XC=O由0.7011升到0.8064，基本符合變化關系；S含量降低，苯環的骨架振動強度Xф1601由0.6959降到0.4376，面外彎曲振動強度Xф757由2.0136降到1.0007，符合組成變化規律，說明體系中苯乙烯和DDMA進行了有效的作用。

表2給出樹脂對不同油品的吸收情況，顯示吸油樹脂對不同油品的吸收能力差別很大，對甲苯和汽油的吸油效果較好，豆油和柴油的吸收較差。吸油樹脂是由幾種單體構成的低交聯度共聚物，分子間具有三維交聯網狀結構，內部有一定孔隙，通過大分子鏈上大量的親油基團和油劑分子的溶劑化作用使樹脂發生膨脹[7]，從而達到吸油的目的。而不同油品其吸油能力不同，與油品的極性、給電子能力及粘度有關，一般而言，黏度越小的油品越容易被樹脂吸收，并滲透進入高分子的聚合網絡之中[8]，另外還與油品的分子尺寸有關。

表2看出，DDMA/S樹脂隨著DDMA含量的增加，樹脂對油品的吸油能力增大，主要是由于DDMA單元酯鏈結構的長鏈烷基提供了較大的自由體積。且當單體組成為2∶3時，樹脂對甲苯的吸油率最高，為9.5386 g/g。樹脂對汽油、柴油的吸油率次之，對豆油的吸油能力最差，僅僅1.2634 g/g。可能是合成的吸油樹脂屬于弱極性、弱給電子聚合物，而甲苯為弱極性、親電子溶劑，極性相近，親電子能力相反，故吸油率較高。汽油、柴油極性更弱，本身不親電子，故吸油率都較小，柴油的分子尺寸、粘度都比汽油大，故樹脂對汽油的吸油率較柴油好，為7.0153 g/g。樹脂對豆油的吸油率最低，因豆油主要成分為脂肪酸甘油酯，分子尺寸更大，屬于弱極性、弱給電子結構，粘度也最大。

表2 不同的單體組成樹脂的吸油率

3 結論

采用懸浮聚合法合成了DDMA/S樹脂，利用FTIR對合成樹脂的組成與特征吸收強度進行分析，表明合成的有效性。通過樹脂的吸油性能比較發現，該類樹脂的吸油能力隨著樹脂中DDMA含量增加而增加，且對油品的吸油能力為甲苯>汽油>柴油>豆油，當DDMA/S樹脂單體組成為2∶3時，對甲苯和汽油的吸油率分別為9.5386g/g和7.0153g/g，說明該樹脂更適宜于對這二種油品的吸收。