1、收稿日期 :2009-03-28高吸水性樹脂是一種具有三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)親水的功能性高分子材料 。 由于其能吸收 自身質(zhì)量數(shù)百倍甚至數(shù)千倍的水, 吸水后即使加 壓也不易失水, 因而在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于農(nóng)林 園藝 、 醫(yī)療衛(wèi)生 、 食品和建材等領(lǐng)域 。 目前, 高吸 水性樹脂主要有兩大類, 其一是淀粉或纖維素與 乙烯基單體的接枝共聚物, 其二是合成樹脂 。 聚 丙烯酸鈉屬于合成的高吸水性樹脂, 由于其性能 穩(wěn)定 、 品質(zhì)好 、 原料來源廣泛而倍受關(guān)注 15。 探索 影響吸水性樹脂的吸水能力和保水能力的因素 是研究和開發(fā)其用途的關(guān)鍵問題 。有人采用反相微乳液法合成高分子聚丙烯 酸鈉 68, 這種

2、方法需要大量的表面活性劑和助劑, 使生產(chǎn)成本太高,這些助劑可能對(duì)人體造成危 害, 故不能在巴布劑中使用 。 Doo-Won Lim 等 9采 用乳液聚合法制備了丙烯酸與聚乙烯醇硫酸鈉 互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高吸水性樹脂 , 這種樹脂有很 強(qiáng)的吸收生理鹽水的能力 。 由于水溶液法不使用 助劑, 避免了助劑帶來的危害, 并節(jié)省成本, 故本 研究采用水溶液聚合法合成聚丙烯酸鈉, 加入少 部分丙烯酰胺 (AM以增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度 10, 并加入 少量雙丙酮丙烯酰胺 (DAAM, 以便和己二酸二 酰 (ADH肼發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化 。 合成產(chǎn)品作為 巴布劑的成分之一 。 本實(shí)驗(yàn)先中和后聚合, 是為 了避免中和所釋放出的

3、熱量使聚合反應(yīng)太劇烈 。1實(shí)驗(yàn)部分1.1原料丙烯酸 (AA, AR , 天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心; NaOH , AR , 成都市聯(lián)合化工試劑研究所; 雙丙酮丙烯酰胺 (DAAM , 工業(yè)級(jí), 協(xié)和發(fā)酵 工業(yè)株式會(huì)社; 丙三醇 (PT , CP , 杭州化學(xué)試劑有 限公司; 聚乙烯基吡咯烷酮 (PVP, 藥用級(jí), 上海 其福青材料科技有限公司; 過硫酸鉀 (KPS , AR , 上海振欣試劑廠; N, N-亞甲基丙烯酰胺 (MBA, AR , 上海邦成化工有限公司 。 1.2合成稱取 15g 的氫氧化鈉, 溶于 70g 蒸餾水配成 溶液 。 稱取化學(xué)計(jì)量的 AA , 加入裝有攪拌器的圓 底

4、燒瓶中, 約 450rpm 攪拌 , 冷水浴條件下同時(shí)滴 加 NaOH 溶液, 得丙烯酸鈉溶液 。 用 NaOH 調(diào)節(jié) pH 值至 8.0左右 。取一半丙烯酸鈉溶液, 30gPT 和一定量的 AM 及 DAAM , 加入四口燒瓶中, 通 N 2, 水浴加熱 至 70 , 滴加 KPS 水溶液, 反應(yīng) 1.5h 。 稱上述同樣量的 AM 、 DAAM 及一定量的 PVP 和 MBA , 溶解到另一半丙烯酸鈉溶液中, 倒 入漏斗; 將引發(fā)劑溶液倒入另一漏斗, 在 1.5h 內(nèi) 將它們滴加到燒瓶中, 滴完后反應(yīng) 0.5h , 再加入 少量的引發(fā)劑水溶液, 并升溫至 80 , 反應(yīng) 1.0h , 降溫

5、, 出料 。 1.3性能測(cè)試第 27卷第 2期 2009年 6月 膠體與聚合物聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂的制備與吸水率的影響因素胡國(guó)文 1童向陽(yáng) 2(1咸寧學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 湖北咸寧 437000; 2花苗中學(xué) 湖南岳陽(yáng)414119摘 要 水溶液聚合法合成了聚丙烯酸鈉強(qiáng)吸水樹脂 。 研究了單體濃度 、 反應(yīng)溫度及交聯(lián)劑用量 、 引發(fā)劑用量 對(duì)樹脂吸水率的影響 。 測(cè)試了常溫和 40 時(shí)樹脂的保水率和保尿率 。 結(jié)果表明:單體濃度為 17%、 引發(fā)劑用量 為 0.10%、 交聯(lián)劑用量為 0.21%, 反應(yīng)溫度為 7075 時(shí)樹脂的吸水率最大, 最大吸水率達(dá)到樹脂本身的約 620倍, 吸尿率達(dá)到

6、 630倍 。關(guān)鍵詞 高吸水性樹脂; 聚丙烯酸鈉; 溶脹動(dòng)力學(xué); 溶脹特性樹脂, 并放入盛有去離子水的 1000ml 燒杯中, 樹脂充分吸水溶脹后,取出懸掛并稱凝膠質(zhì)量, 然后按下式求飽和吸水倍率 Q 。此法稱為茶袋法 13。 Q =(m 2-m 1/m 1式中 m 1、 m 2分別為樹脂吸水前后的質(zhì)量 。w =(m 3-m 1/(m 2-m 1 100%式中 m 1、 m 2、 m 3分別為吸水前 、 充分吸水后和失水 一定時(shí)間后凝膠的質(zhì)量 。2結(jié)果與討論2.1單體濃度對(duì)吸水率的影響圖 1單體濃度對(duì)吸水率的影響圖 1中 C 表示單體的質(zhì)量百分比濃度 。 由圖1可知, 隨著單體濃度的增加, 吸

7、水倍數(shù)增加, 吸 水倍數(shù)達(dá)到最大值后再增大單體濃度, 吸水倍數(shù) 反而下降 。 單體濃度很低時(shí), 聚合反應(yīng)速度慢, 聚 合物分子量小, 交聯(lián)度低, 溶解度大, 故吸水倍數(shù) 低; 單體濃度過高時(shí), 聚合過程散熱困難, 引起爆 聚, 交聯(lián)度大而吸水率小 。 當(dāng)單體濃度為 17%左 右時(shí), 吸水倍數(shù)最大 。2.2交聯(lián)劑用量對(duì)吸水率的影響以交聯(lián)劑占丙烯酸的百分比為橫坐標(biāo), 以吸水率為縱坐標(biāo)作圖, 得圖 2,由圖 2可看出, 隨著 交聯(lián)劑用量的增多, 樹脂的吸水率增大, 交聯(lián)劑 用量約為 0.21%時(shí), 吸水率達(dá)到最大, 再增加交聯(lián) 劑的用量, 吸水率反而減少 。 這是由于交聯(lián)劑用 量小時(shí),聚合物還未形成

8、理想的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 從而水溶性較大, 吸水率低; 隨著交聯(lián)劑用量增 加, 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成, 水有了支撐點(diǎn), 吸水率增加 。 交聯(lián)劑用量增加到一定值后,吸水率達(dá)到最 大; 再增加交聯(lián)劑用量, 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)點(diǎn)增多,結(jié)構(gòu)致密, 微孔變小, 水進(jìn)不了樹脂內(nèi)部, 吸水率 下降 。圖 2交聯(lián)劑對(duì)吸水率的影響2.3引發(fā)劑用量對(duì)吸水率的影響圖 3是引發(fā)劑用量占單體用量的百分比對(duì)吸水率所作的圖 。 由圖 3可知,引發(fā)劑用量對(duì)吸 圖 3引發(fā)劑用量對(duì)吸水率的影響水率的影響與交聯(lián)劑的影響有相同的趨勢(shì), 即有一最大值 。 這是因?yàn)橐l(fā)劑用量少時(shí),聚合物分 子量大而交聯(lián)度小, 樹脂有一定的可溶性, 故吸 水率小, 隨

9、著引發(fā)劑用量增加, 反應(yīng)速度加快, 分 子量減少, 交聯(lián)度增大, 可溶性下降, 吸水率增 加; 但當(dāng)引發(fā)劑用量進(jìn)一步加大, 反應(yīng)速度更快, 形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 吸水率又減小 。 吸水率最 大時(shí)的引發(fā)劑用量約為 0.10%。 2.4反應(yīng)溫度對(duì)吸水率的影響圖 4是在其它條件不變的情況下考察反應(yīng)圖 4反應(yīng)溫度對(duì)吸水率的影響QT/交聯(lián)劑用量 /%Q引發(fā)劑用量 /% QQC/wt%第 2期 31胡國(guó)文等:聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂的制備與吸水率的影響因素溫度對(duì)樹脂吸水率的影響 。 從圖 4可看出, 反應(yīng)溫 度在 7075 時(shí), 樹脂有較大的吸水率 。 這是因?yàn)?反應(yīng)溫度過低時(shí), 反應(yīng)速度小, 生成的樹脂有

10、較大 的可溶性, 吸水率低; 反應(yīng)溫度過高, 則反應(yīng)速度 太快, 使樹脂形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 吸水率也小 。 2.5樹脂的保水性能用引發(fā)劑用量為 0.10%, 單體濃度為 17%, 交 聯(lián)劑用量為 0.20%, 反應(yīng)溫度為 70 時(shí)所得的樹 脂測(cè)定其保水性, 如圖 5和圖 6所示 。由圖 5和圖 6可知, 隨著時(shí)間的延長(zhǎng), 樹脂 的保水率下降 。 實(shí)驗(yàn)表明, 常溫常壓下 6天后樹 脂仍有一定的保水性 。 在 40 下, 6h 后樹脂的保 水率有 89.0%, 而空白試驗(yàn)僅 77.0%, 說明樹脂有 較好的保水性 。圖 5常溫常壓下樹脂的保水性能圖 640 時(shí)樹脂的保水 、 保尿率和空白樣的對(duì)比

11、圖2.6吸水性樹脂的吸尿率和保尿率的測(cè)試 以反應(yīng)溫度為 7075 , 單體濃度為 17%, 引發(fā)劑和交聯(lián)劑用量分別為 0.10%和 0.21%的條件 下得到的樹脂為實(shí)驗(yàn)對(duì)象, 對(duì)其在常溫常壓下進(jìn) 行吸尿倍率和 40 條件保尿率的測(cè)試 。 實(shí)驗(yàn)得出 樹脂的吸尿率約為 630倍, 比吸水率稍高 。 保尿 率 (見圖 6 也比相應(yīng)條件下的保水率稍高, 這是因 為尿液中含有鈉離子, 增加了對(duì)水的吸收 。3結(jié)論通過溶液聚合法合成了聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂 。 當(dāng)單體濃度為 17%、 引發(fā)劑用量為0.10%、 交 聯(lián) 劑 用 量 為 0.21%, 反 應(yīng) 溫 度 為 7075 時(shí)樹脂的吸水率較大 。 最大吸

12、水率達(dá)到 620倍, 吸尿率達(dá)到 630倍 。 參考文獻(xiàn)1陶建武, 薛大權(quán), 余 敏 . 中藥巴布劑的研究概況 . 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2005, 16(5:4232苗艷艷, 苗明三, 張家明 . 親水性巴布劑的研究進(jìn)展 . 中 醫(yī)藥學(xué)刊, 2004, 22(11:20473劉平生,李 利, 周寧琳等 . 蒙脫土 /聚丙烯酸高吸水性樹 脂的合成 . 復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2006, 23(3:444Ji Zhang, Kun Yuan, Yun-Pu Wang, Sheng-Jiu Gu, Sheng-tang Zhang. Preparation and properties of polyacryla

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18、iangyang 2(Deparmentof Chemistry and Life Science Xianning College Hubei Xianning 437000Abstract A super water absorbable resin, sodium polyacrylate was synthesized bysolution polymerization. Some influential factors such as monomer concentration, reacting temperature and amounts of crosslinking age

19、nt and initiator, were investigated and the swelling dynamic was studied. The ratio of remaining water and urine at normal temperature and 40 was tested. The experimental results indicates that the water absorption are the highest when the reacting temperature is 7075 and monomer concentration, cont

20、ents of crosslinking agent and initiator is about 17%,0.21%and 0.10%,respectively. The highest water absorption and urine absorption are 620and 630times as itself.Key words Super water absorbable resin ; Sodium polyacrylate ; Swelling dynamics ; Swelling properties參考文獻(xiàn)1Nicholas A. P.,Robert L.Scienc

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