多孔聚丙烯酸钠高吸水性树脂的合成及表面改性

  • 发布:2019/6/21 8:28:21
  • 来源:工程塑料应用

高吸水性树脂是一种能够吸收自身质量几十倍甚至几千倍水的高分子材料,其具有网状交联的结构。由于其具有优异的吸水性能,因此在生理卫生、农林农业、药物缓释等方面具有广泛的应用。但在实际应用中,由于其存在着吸水速度较慢的现象,一般需要几个小时甚至几天才能达到溶胀平衡,不利于实际生产应用。为了解决吸水性树脂溶胀较慢的问题,常用的方法有:粉碎成更小的颗粒、吸水性树脂内部引入多孔结构、进行表面改性等方法来提高吸水性树脂的吸水速度。目前吸水性树脂致孔大多数采用碳酸氢钠/碳酸钠–酸体系来制得多孔吸水性树脂,但这种致孔方法反应速度较快,不易控制。为了更好控制多孔吸水性树脂的合成,华东理工大学采用水溶液聚合法,在前期合成实验的基础上,以丙烯酸(AA)为单体,以过硫酸钾(KPS)–亚硫酸氢钠(NaHSO3)为氧化还原引发剂,N,N–亚甲基双丙烯酰胺(NNMBA)为交联剂,羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为增稠剂、泊洛沙姆为表面活性剂,分别采用无水乙醇(C2H5OH)和碳酸氢氨(NH4HCO3)为致孔剂,利用物理和化学的原理制备吸水倍率高的多孔聚丙烯酸钠高吸水性树脂,并对150~300 μm的高吸水性树脂用乙二醇二缩水甘油醚(C8H14O4)、十八水合硫酸铝[Al2(SO4)3·18H2O]以及聚乙二醇(400)双丙烯酸酯(PEG-400-DA)配制的混合溶液进行表面改性,通过吸收性能测试、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)分析等方法对其进行了表征测试。

1、实验采用的主要原材料

AA:分析纯,上海麦克林生化科技有限公司;

氢氧化钠(NaOH):优级纯,永华化学科技(江苏)有限公司;

泊洛沙姆:F127,数均分子量为10 000~12 000,盘锦研峰科技有限公司;

C2H5OH,NH4HCO3:分析纯,上海泰坦科技股份有限公司;

PEG-400-DA:化学纯,良制有机化学工业株式会社;

C8H14O4:环氧值为0.7 mol/(100 g),阿达玛试剂(上海)有限公司;

KPS,NaHSO3及氯化钠(NaCl):分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;

NNMBA,CMC-Na,Al2(SO4)3·18H2O:分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

2、样品制备

(1)普通高吸水性树脂的制备。

称取30 g AA单体,冰水浴条件下加入NaOH至中和度为90%,再依次加入AA单体质量分数0.02%的NNMBA溶液、0.07%的KPS溶液和NaHSO3溶液 (KPS和NaHSO3物质的量之比为2∶1),加入适量去离子水,使得AA单体浓度为33%,搅拌10 min后,于60℃下反应2 h,剪成细长条后,在105℃下烘干、粉碎、筛分,备用。

(2)多孔高吸水性树脂的制备及改性。

称取30 g AA单体,依次加入称量好的CMC-Na、泊洛沙姆于250 mL的三口烧瓶中,搅拌,充分溶解;冰水浴条件下加入NaOH至中和度为90%,再依次加入AA单体质量分数0.02%的NNMBA溶液、0.07%的KPS溶液之后,分别加入致孔剂C2H5OH和NH4HCO3,最后加入NaHSO3溶液(KPS和NaHSO3物质的量之比为2∶1),加入适当去离子水,使得AA单体浓度为33%,搅拌10 min后,于60℃下反应2 h,剪成细长条后,在105℃下致孔的同时烘干,将烘干后的吸水性树脂粉碎、筛分,备用。取筛分后的150~300 μm吸水性树脂用含0.035 g C8H14O4,0.345 g Al2(SO4)3·18H2O以及0.345 g PEG-400-DA配制的混合溶液进行表面交联改性。

3、性能汇总

(1)采用水溶液聚合法,以KPS–NaHSO3为氧化还原引发剂,NNMBA为交联剂,CMC-Na为增稠剂,泊洛沙姆为表面活性剂,C2H5OH为物理致孔剂,NH4HCO3为化学致孔剂,分别制得多孔高吸水性树脂,并得到最优的多孔高吸水性树脂合成条件为:CMC-Na用量为0.8%,泊洛沙姆用量为0.1%,C2H5OH用量为10%,NH4HCO3用量为10%。C2H5OH致孔高吸水性树脂的吸水倍率较NH4HCO3致孔的更高,且二者的吸去离子水的速度相差不大,均在15 min左右达到饱和。

(2)通过FTIR,SEM,TG对吸水性树脂的表征表明,已经成功制得多孔高吸水性树脂,C2H5OH为致孔剂的多孔高吸水性树脂较NH4HCO3为致孔剂的多孔高吸水性树脂的孔分布和大小更加均匀、致密。通过对C2H5OH致孔高吸水性树脂进行表面改性发现,改性后的多孔吸水性树脂的吸水速度明显提高,热稳定性有所提高,但吸水倍率下降。

关键词:

高吸水性树脂

[责任编辑:张赞丽]

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