反相乳液法制备高吸水性树脂的研究
高吸水性树脂的制备及交联剂对树脂吸水性能的影响
・研究报告・高吸水性树脂的制备及交联剂对树脂吸水性能的影响Ξ蒋笃孝1) 宗龄瑛2) 罗新祥1)(1)暨南大学化学系 广州510632, 2)广州师院化学系 广州 510400)[摘 要] 用反相悬浮聚合和滴加单体的方法制备以聚乙二醇双丙烯酸酯交联的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。
详细探讨了温度、引发剂和单体浓度、油水比等最佳反应条件。
交联剂链长对树脂吸水率及吸水速率影响较大。
当聚乙二醇分子量为600时,树脂的吸水率最大,吸去离子水达1150g/g,吸生理盐水(019NaCl)125g/g,吸水速率较为理想。
[关键词] 高吸水性树脂;聚乙二醇双丙烯酸酯交联剂链长的影响;反相悬浮聚合Preparation of High Water-Absorbent and Study of the Influenceof Crosslinking Agent on Water-Absorbency 3Jiang Duxiao,33Song Lingying and 3Luo Xinxiang(3Depart1of Chem1Jinan U niversity,Guangzhou510632, 33Depart.of Chem.Guangzhou Teachers College,Guangzhou510400) Abstract:The water-absorbent(polyacrylate crosslinking with polyethyleneglycol diacrylate)was synthesized by inverse sus2 pension polymerization process and slow dripping addition of monomers to dispersing medium.The influence of such factors as tem2 perature,initiator concentration,monomer concentration,and volume ratio of oil phase to water phase on the absorbency of water -absorbent has been discussed in detail.The chain length of the crosslinking agent had a great effect on the absorbency and absorp2 tion rate of water-absorbent.As the molecular weight of polyethyleneglycol was600,the water-absorbent possessed maximum water-absorbency,absorbing1150times distilled water and125times saline solution(0.9%NaCl).K ey w ords:high wate-rabsorbent;polyethyleneglycol diacrylate;influence of the chain length of crosslinking agent;inverse suspension polymerization1 前 言反相悬浮聚合法是制备高吸水性树脂较先进的方法,具有制备工艺简单,树脂的物理形态和吸水性能较好等优点。
多官能团协同的高吸水性树脂的合成及性能研究
广东工业大学硕士学位论文多官能团协同的高吸水性树脂的合成及性能研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：***20050512摘要本文采用反相悬浮聚合法，以过硫酸钾为引发剂．Ｎ，Ｎ一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，环己烷为分散相，通过多元共聚的方法，在聚丙烯酸体系中引入多种不同类型的功能基团。
通过测试树脂的吸液性能、吸液速率、保水性、凝胶强度，用ＩＲ对树脂结构进行表征以考察不同官能团之间的协同效应及他们对聚台树脂的各种性能的贡献。
并研究了各反应的最佳实验条件。
主要研究内容与结果如下：采用反相悬浮法使得丙烯酸分别与五种类型单体依次聚合，实验表明共聚产：物性能均优于丙烯酸自聚。
并且在提高树脂性能上存在如下规律：树脂亲水性：ａ一丙烯酰胺基一２一甲基丙磺酸钠（ＡＭＰｓＮａ）＞二甲基二烯丙基氯化铵（ＤＡＤＭＡＣ）＞甲基丙烯酸羟丙酯（ＨＰＭ）＞丙烯酰胺（ＡＭ）；耐盐性：２一丙烯酰胺基－２一甲基丙磺酸钠＞甲基丙烯酸羟丙酯＞：－甲基二烯丙基氯化铵＞丙烯酰胺：保水率和凝胶强度：二甲基二烯丙基氯化铵＞甲基丙烯酸羟丙酯＞丙烯酰胺＞２．丙烯酰胺基一２－甲基丙磺酸钠；２．丙烯酰胺基一２．甲基丙磺酸钠和二甲基＝烯丙基氯化铵都能提高吸水速率。
二元聚合中，保持丙烯酸中和度为８０％，交联剂、引发剂占单体总质量分数分别为０．１５％、２．Ｏ％不变删，分别对单体组成为ＡＡ＆ＡＭ、ＡＡ＆ＡＭＰｓＮａ、ＡＡ＆ＤＡＤＭＡＣ、ＡＡ＆ＨＰＭ进行不同配比的共聚，通过性能测试得出单体之间的最佳聚合配比为：ｎ（ＡＡ）：ｎ（县聃）：ｏ．７；ｎ（ＡＡ）：ｎ（Ａ｛汾Ｉ氧Ｎａ）：ｏ．８５：ｎ（ＡＡ）：ｎ（舟‰）：ｏ．８；＾Ａ十ｎ（ＡＡ）：ｎ（ＤＡＤＭＡＣ）＝Ｏ．９。
采用反相悬浮法进行三元聚合时，实验结果表明Ｐ（ＡＡ／ＡＭＰｓＮａ／ＡＭ）的性能优于Ｐ（ＡＡ／ＡＭＰｓＮ“ＤＡＤＭＡＣ）和Ｐ（ＡＡ／ＡＭＰｓＮａ／ＨＭＰ），并且三聚物的性能均优于同类二元聚合物的性能。
耐盐抗压高吸水性树脂的制备及其应用
耐盐抗压高吸水性树脂的制备及其应用摘要：本文研究制备了一种具有耐盐抗压高吸水性的树脂，并探讨了其应用。
制备过程中采用了反相乳液聚合的方法，引入了丙烯酸和丙烯酰胺等单体，并添加了交联剂，使得树脂具有了优异的耐盐性、抗压性和高吸水性能。
同时，在农业领域，树脂可用于提高土壤水分利用率，改善盐渍土的质量，减轻植物对盐渍土的敏感性，从而提高农作物的产量和质量。
关键词：耐盐抗压高吸水性、树脂、反相乳液聚合、交联剂、农业1. 引言水是生命的基础，而土地是农业生产的基础。
但是，全球气候变化、人口增长和环境污染等因素导致了水资源短缺和土壤盐渍化等问题，给农业生产和生态环境带来了巨大的挑战。
因此，开发一种具有耐盐抗压高吸水性的树脂，可以提高土壤水分利用率，改善盐渍土的质量，减轻植物对盐渍土的敏感性，从而提高农作物的产量和质量，对于解决上述问题具有重要的意义。
2. 实验方法2.1 材料十二烷基苯磺酸钠（SDS）、双氧水（H2O2）、一硫代二甲醇（MT）、甲基丙烯酰胺（MAM）、乙酸丙烯酯（AA）、交联剂等。
2.2 反相乳液聚合法制备树脂以MT和SDS为复配乳化剂，将MT和SDS按照一定比例溶解在去离子水中，得到复配乳化剂溶液。
将MT和SDS复配乳化剂溶液倒入四口瓶中，在其中加入盐类水解液、H2O2、AA、MAM等单体，并通过喷淋的方式加入交联剂。
在磁力搅拌器上加热，使体系温度达到80°C，同时加入过氧化氢，即可引发乳液聚合反应。
随着反应的进行，可以观察到乳液逐渐变浓，到达90°C时停止反应，得到未固化树脂。
2.3 固化树脂将未固化的树脂在60°C下进行烘烤，直至样品表面完全干燥，然后继续在140°C下进行固化处理，约30min后即可取出固化树脂。
3. 结果及分析通过实验发现，制备的树脂具有优异的耐盐性、抗压性和高吸水性能。
在水浸泡10min，然后放置24h后，样品吸水率达到了1500%左右，表现出很好的吸水性能。
反相乳液聚合制备耐盐性高吸水性树脂
其中溶液法过程简单，成本低；但是聚合速率慢，得到的产品
产率低，性能不佳，且后处理较困难。反相悬浮聚合虽后处理 方便，能得到粒状产物；但由于使用的是水溶性引发剂，反应
一Ｃ００一离子间的静电斥力起一个惰性间隔作用，减弱了羧基 图３氧化剂与还原剂配比对吸水树脂吸水率的影响
从图３可知，在考察范围内，随着氧化剂与还原剂比例的 降低，产物吸水率逐渐增大，当二者比例为４：４时，达到最 大；其后又逐渐减小。这是由反相乳液聚合的特点决定的［６］。 间的相互影响，使链的伸展达最佳状态。因此，如表５所示， 当共聚组成比为２６．９／５２．ｏ／２１．１时，树脂的吸水性能最佳。 表５共聚组成对产物吸水率的影响
等对树脂吸液能力的影响，得到最佳工艺条件下吸水率及吸盐率分别为７５３．５９屈和１５８．６９／ｇ。 关键词 高吸水树脂，反相乳液，丙烯酸，丙烯酰胺，丙烯酸钠，共聚组成
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｔ－ｔｏＩｅｒａｎｔ ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｒｅｓｉｎ ｂｙ ｉｎＶｅｒｓｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ
２．２．３交联剂浓度的影响
交联剂可使共聚物发生化学交联形成的网状结构具有较
高吸液倍率，并确保其不溶解于水，避免形成无强度的粘稠物
质。由图２可知，随着交联剂用量的增加，聚合物吸水率增 加，当交联剂用量达到ｏ．０８％时，吸水率达到最大；此后，随着 交联剂用量的增加聚合物吸水率降低。这是由于交联剂用量 过低时，树脂不能形成三维网络结构，部分溶解，吸水率低；随 着交联剂用量的增加，产品交联度不断增大，所能保有的液体
反相悬浮法制备高吸水树脂
6.心得体会
• 胆大心细，善于思考，手脚勤快，善于总 结经验教训，及时改正错误。
（1）配制含有6.1g氢氧化钠的20ml水溶液，冷却后待用。 称量：氢氧化钠，6.1018g；蒸馏水，20ml； （2）按实验要求组装好仪器（瓶口涂抹凡士林）。 （3）按配方，称重环己烷，十二烷基磷酸单酯加入四口瓶中，开动搅拌 （转速：251），混合溶解，通氮气除氧，升温至70℃待用。 环己烷，130ml；十二烷基磷酸单酯，0.8013g； （4）称量丙烯酸溶于氢氧化钠溶液中，然后加入过硫酸钾，N,N-亚甲基 双丙烯酰胺，混合均匀后将此溶液30分钟内加入四口烧瓶中，恒温反 应1h。 （5）反应完成后，将烧瓶取出冷却，然后将混合液倒入分液漏斗中，静 置一段时间后，分离出下层液体即为所需产品。 （6）将产品再倒入分液漏斗中，用蒸馏水洗涤，直到溶液呈中性为止。 （7）取出洗涤完成后的产品置于140ml烧杯中，然后放入鼓风干燥箱中 在106℃下干燥12h。 （8）干燥完成后，将产品再密闭条件下冷却，然后进行破碎，过筛10目 以上，称重最终产品质量为18.15g。
实验七
• • • • • • • • • • • 1.实验目的 利用反相悬浮法制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂 2.药品 环己烷 125ml；氢氧化钠 6.1g(0.12ml)； 十二烷基磷酸单酯 0.8g； 过硫酸钾 0.015g； N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.005g； 丙烯酸 15g。 3.仪器 250ml四口烧瓶 1个； 250ml量筒 1个； 140ml烧杯 2~4个； 分析天平 1台； 数显搅拌器 1台； 数显电热套 1台； 冷却回流，过滤，洗涤，干燥，粉碎装置。
影响吸液能力的因素
• 内因 • 离子渗透压 • 离子渗透压决定于固定在材料上的离子强度和溶液的离子强度之差。 材料上的离子性基团越多，电荷越大，离子强度越大，则材料的吸水 能力越强，这是离子性高聚物的吸水能力高于非离子性高聚物的主要 原因。（中和度与它的关系？） • 材料对水的亲和力 • 材料对水的亲和力主要是由固定在材料上的亲水性基团决定的。一 般而言，离子性基团的亲水性大于分子性基团，而不同的分子性基团 SO H 对水的亲和性也不同。常见的几种分子性基团对水的亲和能力顺序为： ->->->-。 • 材料交联密度 • 材料的交联密度大，没有足够的空间容纳水分子，凝胶膨胀时受到 的弹性收缩力也较大，吸水能力较小；反之，材料的交联密度小，吸 水能力较大（太小材料的网络结构不能有效形成，无法束缚水分子， 材料将具有亲水性而无吸水能力）。
高吸水性树脂的制备、性能测试及其应用研究.
高吸水性树脂用做水晶泥的研究刘力、罗威摘要：以环己烷为连续相，Span-60为悬浮稳定剂，过硫酸铵为引发剂，N，N’-亚甲基双丙烯胺为交联剂，对反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂进行研究。
结果表明，影响合成树脂吸水率的主要因素是交联剂质量分数，当交联剂质量分数为0.015%时，合成树脂的吸水率出现极大值，而且当反应温度控制在75℃，引发剂质量分数为18%时所得树脂的吸水率可达500g/g。
对合成树脂吸水、保水性能的进一步测试发现，树脂的初始阶段吸水速率较快，随着吸水时间的延长逐步下降，当树脂吸水饱和后水分损失很慢，在120℃下100min仅损失17.2%。
关键词：高吸水性树脂，聚丙烯酸钠，Span-60，吐温-40，交联剂，分散剂，引发剂。
一、背景介绍高吸水性树脂( super absorbent polymer, SAP),自上世纪70年代开发成功以来,已经得到了深入的研究和广泛的应用。
在美国等发达国家，高吸水性树脂的历史已有近40年，而在我国，它仅有10余年的发展史，对国内市场来说是一种新产品，虽然国内有许多单位已研究开发出产品并建立了生产装置，但是国产超强吸水剂产品尚未形成规模生产，其原因是由于生产技术落后而导致产品生产成本较高，产品性能没有及时改进而且产品的应用研究较少。
高吸水性树脂是一种轻度交联结构的高分子, 其分子链上具有很多亲水基团，如羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等, 故吸水能力很强, 能吸收自身重量的几百倍甚至几千倍的水, 并且加压不淌出。
由于高吸水性树脂与常见的吸水性材料如纸, 布等相比, 具有很多优点, 是一种新型的功能性高分子材料, 因而它被广泛应用于工业、农林业、医疗卫生和日常生活中。
高吸水性聚丙烯酸钠含有- COONa 基团, 其亲水性要比含-OH、- COOH、- CONH2等亲水基团的高分子要强, 其吸水性能优良, 且是高安全性化合物，并具有一定的生物降解性。
因此，高吸水性树脂的研究与应用就显得十分重要。
反相乳液聚合法制备高吸水性树脂
反相乳液聚合法制备高吸水性树脂郭健 滕丹 张鹤献(辽宁何氏医学院, 辽宁 沈阳 110163)摘要：高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，因用途广泛，被应用到很多领域。
本文以丙烯酸和丙烯酰胺为原材料，以环己烷为油相，司盘60和吐温80为乳化剂，过硫酸铵为引发剂，在适当的比例下，通过反相乳液法制备高吸水性树脂。
主要研究氢氧化钠中和度、环己烷用量及硅藻土的用量对高吸水性树脂吸水率的影响。
通过扫描电镜显示，产物微粒光滑，结构疏松。
关键词：高吸水性树脂；丙烯酸；丙烯酰胺；环己烷；硅藻土1 引言高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，结构中含有羟基、羧基等强亲水性基团，使其可以吸收其自身重量几百倍甚至上千倍的水，具有很强的吸水能力[1]。
高吸水性树脂对生物组织无刺激作用,已成为一种重要的医用卫生材料，并在农林、石油开采、日用化工、环境保护等领域拥有广阔的应用前景[2]。
本文以丙烯酸和丙烯酰胺为原材料，以反相乳液法制备高吸水性树脂。
主要研究氢氧化钠中和度、环己烷用量及硅藻土的用量对高吸水性树脂吸水率的影响。
实验结果表明，此方法制备的高吸水性树脂吸水率高且成本低。
2 实验过程2.1 主要仪器和试剂仪器：智能数字恒温控制器(常州国华电器有限公司)，电热恒温水浴锅(上海精宏实验设备有限公司)，扫瞄电子显微镜(JSM 6360LV 日本理学公司)。
试剂：丙烯酸(分析纯)，丙烯酰胺(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，司盘60(分析纯)，环己烷(分析纯)，过硫酸铵(分析纯)，吐温80(化学纯)，硅藻土(化学纯)。
2.2 实验过程2.2.1 聚丙烯酰胺高吸水性树脂的制备油相配制：在四口烧瓶中先加入环己烷，再加入适量的吐温80和司盘60，搅拌；水相配制：将丙烯酸和氢氧化钠加到烧杯中，再加入适量的过硫酸铵，N,N-亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺，搅拌，使水相均匀。
将水相逐滴加到油相中，反应30分钟后加热到70℃，继续反应2小时并提高转速，将产物脱水，干燥。
反相乳液法制备高吸水性树脂的研究
第24卷 第3期沈 阳 化 工 大 学 学 报Vol .24 No .32010.09JOURNAL OF SHENY ANG UN I V ERSI TY OF CHE M I CAL TECHNOLOGYSep.2010收稿日期: 2009-10-20作者简介: 阎磊(1984-),男,辽宁沈阳人,硕士研究生在读,主要从事高分子化学与物理方面的研究.通讯联系人: 于智(1969-),女,辽宁沈阳人,副教授,硕士,主要从事高分子材料合成的研究.文章编号: 1004-4639(2010)03-0259-04反相乳液法制备高吸水性树脂的研究阎 磊, 于 智(沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110142)摘 要: 采用反相乳液法制备高吸水性树脂,并使用网筛法测出吸液倍率,用扫描电镜对制备的吸水树脂进行表征.实验表明,在单体丙烯酸中和度为80%,引发剂用量为单体总质量的0155%,交联剂用量为单体总质量的0108%时所得产物具有最高吸液倍率.通过扫描电镜显微照片可以看出,产物微观颗粒表面光滑,内部结构疏松且贯穿有明显的沟壑.关键词: 反相乳液聚合; 高吸水性树脂; 丙烯酸; 丙烯酰胺中图分类号: T Q325.7 文献标识码: A 超吸水性材料(superabs orbentmaterial or su 2per abs orbent )是一类新型的功能高分子材料,能够吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水,而且保水能力很好,在加压下也不脱水或脱水很少,吸水后的材料经干燥后,吸水能力仍可恢复,可以多次使用.此外,它还具有三维空间网络结构,既不溶于水也不溶于有机溶剂,具有吸氨、吸尿、吸血以及有机药物,且具有良好的肥料和药物缓释性能.因此,超吸水性材料已经在农林园艺、生理卫生、食品、土木建筑、日用化工、生活保健、沙漠防荒以及煤矿防火等方面得到广泛的应用[1-3].吸水树脂的制备方法主要有溶液聚合法、悬浮聚合法、反相悬浮聚合法、本体聚合法等,其中反相乳液聚合法是近年来较引人注目的一个独特的聚合新工艺.反相乳液聚合是用非极性溶剂为连续相,聚合单体溶于水中,借助于乳化剂分散于油相中,形成油包水型的乳液而进行聚合,它是一种为水溶性单体提供一个具有高聚合速率和高相对分子质量的聚合方法[4-5].本文通过反相乳液聚合法制备吸水树脂,并考察引发剂、交联剂、中和度对树脂性能的影响.1 实验部分1.1 实验原料及规格丙烯酸,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;氢氧化钠,环己烷,过硫酸铵,无水乙醇,均为分析纯,天津市博迪化工有限公司;Span60,T ween80,均为化学纯,沈阳市新西试剂厂;N,N ′2亚甲基双丙烯酰胺,分析纯,国药集团化学试剂有限公司.1.2 实验步骤将s pan60,t w een80和环己烷混合,加入装有温度计、冷凝管和搅拌器的四口瓶中搅拌,通入N 2保护;用氢氧化钠中和丙烯酸,冷却至室温后,加入一定量N,N ′2亚甲基双丙烯酰胺,过硫酸铵配成水溶液,将上述水溶液缓慢滴加到油相介质中,乳化30m in,升温至70℃,保温反应115h,反应结束后用乙醇反复洗涤,烘干至压恒质量.1.3 测试1.3.1 吸液倍率的测定吸液倍率的测定采用自然过滤法.称取约 260 沈 阳 化 工 大 学 学 报 2010年011g制备样品,放入烧杯中,加入一定体积的蒸馏水(生理盐水),静置待复合材料吸水饱和后,用80目网格筛将游离的水滤去,并使吸水凝胶在网格筛上静置15m in,然后称出凝胶质量,按下式计算吸液倍率:吸水倍率=样品吸水后的质量-干燥样品的质量干燥样品的质量1.3.2 扫描电镜测试扫描电镜测试在日本JS M26360LV型扫描电镜上进行,工作电压15kV.2 实验结果与讨论2.1 中和度对产物吸液倍率和产物形态的影响用发生中和反应的酸与总酸物质的量比表示中和度.由Fl ory理论可知,单体中和度不同,分散在液滴内的离子浓度不同,离子浓度影响乳液的稳定性.随着单体中和度的增加,溶液中钠离子质量分数迅速增加,乳液表面的亚稳双电子层结构遭到破坏,尤其在聚合反应过程中,液滴内形成的聚合物分子链上带有大量固定电荷(—COO—),这种双电层结构更易遭到破坏,使聚合物乳液发生黏结.但中和度过低,反应早期体系中含大量氢离子,pH值过低,引发剂分解速率过快,体系反应速率过快,而中后期反应速率急剧降低,不仅反应所需时间增长,产物分子质量低,且会降低合成树脂的吸液能力.由表1可知,中和度对产物的吸液倍率和形态有较大影响,中和度为80%时吸液倍率较高,且产物黏结少.表1 不同中和度下产物吸液倍率和产物形态Table1 Effect of neutralizati on degree on the waterads or p ti on and state of the p r oduct中和度/%吸液倍率/(g・g-1)产物形态(无水乙醇清洗) 70580白色颗粒75714白色颗粒80840白色颗粒,少量黏结85667白色微黄,少量黏结90496微黄,大量黏结,团聚2.2 引发剂用量对吸液倍率的影响选择适当的引发剂用量十分重要,引发剂用量较小时,反应活性中心少,反应速率慢,平均分子质量大,甚至于不反应,导致转化率和交联度均较低,故吸液倍率也较低.而且由于引发剂用量少,引发反应困难,诱导期相对较长,造成反应积累到一定程度突然快速反应,产生爆聚.引发剂用量过多时,反应活性中心多,反应速率快,反应转化率也高,但生成聚合物的分子质量较小,甚至会出现水溶性,吸水率相应也低.由于反应速率快,产生大量反应热不易及时散失,容易导致反应产生爆聚[6].图1、图2分别是引发剂用量对高吸水性树脂吸蒸馏水倍率和吸生理盐水倍率的影响.从图1可以看出,高吸水性树脂吸蒸馏水倍率首先随引发剂用量的增加而升高,当引发剂用量达到单体总质量的0155%后,继续增加引发剂用量,此时复合材料吸蒸馏水倍率逐渐下降,所以引发剂用量为0155%时,吸蒸馏水倍率最高.从图2可以看出,最佳引发剂用量也为0155%,与吸蒸馏水倍率的变化一致.图1 引发剂用量对吸蒸馏水倍率的影响Fig.1 The effect of initiat or dosage onsalt2free water ads or p tion图2 引发剂用量对吸盐水倍率的影响Fig.2 The effect of initiat or dosageon salt s oluti on ads or p ti on 第3期 阎 磊,等:反相乳液法制备高吸水性树脂的研究261 2.3 交联剂用量对吸液倍率的影响交联剂的用量会对聚合物的吸液倍率产生较大影响,交联剂用量过少时,聚合物不能形成理想的三维网状结构,在宏观上表现为水溶性较大,吸液倍率较低,并直接影响到吸水后凝胶强度,吸水后树脂不成透明凝胶而成为无强度稀稠状,在测定吸液倍率时,易使筛孔堵塞或黏附,未被吸收的水无法通过,影响测定.交联剂用量增加,聚合物的网络结构较适宜形成,树脂中可溶解部分减少,水容易渗入树脂中使树脂膨胀进一步亲水而凝胶化,吸液倍率提高,到一定程时,吸水性最好.分子链越长,网络结构越大,溶胀体积越大,吸水量越多.但交联剂用量过多则导致凝胶速度加快,反应加快,体系交联密度加大,交联点之间的链段平均分子质量变小,对应的链段变短,只能使少量的水进入到树脂网络中[7].因此,交联剂用量不宜太大,也不能太少.实验中交联剂用量对复合材料吸水性能的影响见图3、图4.图3 交联剂用量对吸蒸馏水倍率的影响Fig .3 The effect of cr oss 2linking agenton salt 2free water ads or p tion图4 交联剂用量对吸盐水倍率的影响Fig .4 The effect of cr oss 2linking agenton salt s oluti on ads or p ti on 从图3可以看出,刚开始复合材料吸蒸馏水倍率随交联剂用量的增加而升高,当交联剂用量为单体总质量的0108%时,复合材料吸蒸馏水倍率最大.从图4可以看出,交联剂用量对复合材料吸生理盐水倍率的影响规律与蒸馏水有所不同,但当交联剂用量为0108%时,材料的吸水性能仍为最佳.2.4 SE M 电镜的结果与讨论利用扫描电子显微镜对高吸水性树脂进行表面形貌分析,结果见图5.从图5(a )可以看出,产物形状为圆形,表面比较光滑,颗粒比较完整,但粒径分布并不十分理想,并且有粒子胶结;从图5(b )可以非常清晰地看到树脂颗粒之间的粘连.反相乳液聚合的产物形态受搅拌状态的影响较大,乳化剂用量和不合理转速设定也可能是导致以上现象的原因.图5(c )和图5(d )是产物的局部放大电镜照片,从图5(c )、图5(d )可以清楚地发现,单个高吸水性树脂颗粒表面比较光滑,但表面带有缺陷,内部的结构疏松且贯穿有明显的沟壑,这就使树脂与液体接触面积增大,意味着外界水分子较容易进入产物内部,使其内部的网络扩张,从而缩短吸液饱和时间,提高吸液速率. 262 沈 阳 化 工 大 学 学 报 2010年图5 反相乳液法制备高吸水性树脂表面SE M照片Fig.5 SE M phot ographs of the poly mer3 结 论(1)通过对实验产物的分析和测试发现:在单体丙烯酸中和度为80%,引发剂用量为单体总质量的0155%,交联剂用量为单体总质量的0108%时所得产物具有最高吸液倍率.(2)采用反相乳液聚合法制备高吸水树脂时反应体系稳定,与传统的水溶液法制备相比,反应产物不易成块,可得到颗粒状产物.(3)通过扫描电镜显微照片可以看出产物微观颗粒表面较光滑,但内部的结构疏松且贯穿有明显的沟壑,这可以明显地提高吸水率.参考文献:[1] 郑邦乾,张洁辉.高吸水性树脂粒径与性能的研究[J].高分子材料科学与工程,1994,10(4):119. [2] B akass M,M okhlisse A,L allem ant M.A bsor p tionand D esorp tion of L iquid W ater by a S uperabsorbentPolyelectrolyte:R ole of Polyer on the C apacity forA bsorp tion of a G round[J].J A pp l Polym Sci,2001,82(6):1541-1548.[3] 樊兴君,尤进茂,谭干祖,等.微波促进有机化学反应研究进展[J].化学进展,1998,10(3):285-295.[4] 顾雪蓉,刘奕.淀粉2丙烯酸接枝共聚物凝胶的溶胀与相变[J].高分子材料科学与工程,1998,14(6):72-75.[5] 王久模,覃永黔.N R基高吸水材料的研究、应用及现状[J].弹性体,2004,14(6):74-78.[6] 林松柏,林建明,吴季怀,等.聚丙烯酸/绢云母超吸水性复合材料的合成和性能研究[J].矿物学报,2003,23(1):1-6.[7] 褚建云,王罗新,刘晓东,等.聚丙烯酸盐高吸水树脂的应用及其改性[J].皮革科学与工程,2003,13(3):42-45.Synthe sis of Supe r Abso rbent Re si n byI nve rse Em ulsi o n Po l y m e ri za ti o nYAN L ei, YU Zhi(Shenyang U n iversity of C hem ical Technology,Shenyang110142,C hina)Ab s trac t: A crylic acid2based sup erabsorben t copo lym ers w ere synthesized by inverse em ulsion p olym er2 ization techn ique.The initiato r concentration,cross2linking agent and neu tralization degree of acrylic acid w ere investigated.The m or phology of the particle of copolym ers w as characterized by scanning electron m icroscopy.The results show ed that the best com bination w as0155%in itiator,0108%cross2linking a2 gent,and80%acrylic acid reacting w ith N aO H.The m or phology of p articles show ed that the p roduct had s m ooth surface,but had the in ternal osteopo rosis and obvious cross2cutting rav ines.Key wo rd s: inverse em u lsion polym erization; high2absorben t resin; acrylic acid; acrylam ide。
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浮聚合法 、 反相悬浮聚合法 、 本体聚合法等 ， 其中
反相乳 液 聚合法 是 近 年来 较 引人 注 目的 一个 独
温度计、 冷凝管和搅拌器 的四 口瓶 中搅拌， 通人 Ｎ 保护； ： 用氢氧化钠中和丙烯酸 ， 冷却至室温后 ， 加入一定量 Ｎ， 亚 甲基 双丙 烯 酰胺 ， Ｎ． 过硫 酸铵 配成水溶液， 将上述水溶液缓慢滴加到油相介质 中 ， 化 ３ ｎ 升 温至 ７ 乳 ０ｍｉ ， ０℃ ， 保温反 应 Ｉ５ｈ 反 ． ，
率 和高 相对分 子质 量 的聚合方 法 ｊ本 文通 过 ．
反相乳液聚合法制备吸水树脂 ， 并考察引发剂 、
交 联剂 、 中和度 对树 脂性 能 的影响 ．
收稿 日期 ： ２ ０ ０ ９～１ ２ ０— ０
１３ １ 吸液倍 率 的测 定 ．．
吸液倍率 的测定采用 自然过滤法． 称取约
作者简介 ： 阎磊 （９ ４一） 男 ， １８ ， 辽宁沈阳人 ， 硕士研究生在读 ， 主要从事高分子化学 与物理方面的研究
通讯联系人： 于智 （９ ９ ， ， １６ 一） 女 辽宁沈阳人 ， 副教授 ， 硕士 ， 主要从事高分子材料 合成 的研究．
沈
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２１ ０ ０定
０ １ｇ制备 样 品 ， 入 烧 杯 中 ， 入 一 定 体 积 的 ． 放 加 蒸馏 水 （ 生理 盐 水 ） 静 置 待 复 合 材 料 吸 水 饱 和 ， 后， ８ 用 Ｏ目网格筛 将游 离 的水 滤去 ， 并使 吸水凝
保水 能 力很 好 ， 加 压下 也 不脱 水 或脱 水 很 少 ， 在 １ １ 实验原 料及 规格 ．
１ 实 验 部 分
吸水后的材料经干燥后 ， 吸水能力仍可恢复 ， 可
以多次 使用 ． 此外 ， 它还具 有 三维空 间 网络结 构 ， 既不溶 于水也 不溶 于有 机溶剂 ， 吸氨 、 尿 、 具有 吸 吸血 以及有 机药 物 ， 且具 有 良好 的肥料 和药 物缓
学试 剂有 限公 司． １２ 实验 步骤 ．
理 卫生 、 品 、 食 土木 建筑 、 日用 化工 、 生活保 健 、 沙 漠 防 荒 以 及 煤 矿 防 火 等 方 面 得 到 广 泛 的 应
用 ］ ．
吸水 树脂 的制备 方法 主要 有溶 液聚合 法 、 悬
将 ｓａ６ ， ｅｎ０和 环 己烷 混合 ， 入 装有 ｐｎ０ ｔ ｅ８ ｗ 加
剂 用量 过多 时 ， 反应 活性 中心 多 ， 反应 速率快 ， 反 应 转 化率 也 高 ， 生 成 聚合 物 的分 子 质量 较小 ， 但
积累 到一 定 程度 突 然快 速 反应 ， 生 爆 聚． 产 引发
按下 式计算 吸液倍 率 ：
吸水倍 率 ＝ 样 品 吸水后 的质量 一干燥 样 品的质量 干燥 样 品的质 量 １３ ２ 扫描 电镜测试 ．． 扫描 电镜测 试在 日本 ＪＭ－３０ Ｌ 型扫 描 Ｓ ６６ Ｖ 电镜上进 行 ， 作 电压 １ Ｖ． 工 ５ｋ
应结束 后用 乙醇反 复洗涤 ， 烘干至压 恒质 量．
１ ３ 测试 ．
特 的聚合新 工艺 ． 反相乳 液 聚合是 用非极 性 溶剂
为连续相 ， 聚合单体溶于水 中， 借助于乳化剂分
散 于油 相 中 ， 成 油 包水 型 的 乳液 而 进行 聚合 ， 形
它是一种为水溶性单体提供一个具有高 聚合速
反 相 乳液 法 制备 高 吸水 性树 脂 的研 究
阎 磊， 于 智
（ 阳 化 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 宁 沈 阳 １０ ４ ） 沈 辽 １１２
摘
要： 采用反相乳液法制备高吸水性树 脂 ， 并使 用网筛法测 出吸 液倍 率 ， 用扫描 电镜 对制备的
吸水树脂进行表征 ． 实验 表明 ， 在单体 丙烯酸 中和度 为 ８ ０％ ， 引发剂用量为单体总质量的 ０ ５ ．５％， 交联 剂用量为单体 总质 量的０ Ｏ ．８％时所得产物具有最 高吸液倍率． 通过扫描 电镜显微照 片可以看
出， 产物微观颗 粒表 面光 滑， 内部结构疏松且贯 穿有明显的沟壑．
关键词 ： 反相乳液聚合 ； 高吸水性树 脂 ； 丙烯酸 ； 丙烯 酰胺
中图 分 类 号 ： Ｔ ２ ． Ｑ３５ ７ 文献标识码 ： Ａ
超 吸 水 性 材 料 （ｕｅａｓｒｅｔｍａ ｒ ｌｏ ｓｐｒｂｏｂｎ ｔｉ ｒ ｅａ ｓｐｒ ｂｏｂｎ） ｕｅ ｓｒｅｔ是一类 新 型的功 能 高分 子材 料 ， ａ 能够 吸收 自身质 量几 百倍甚 至几 千倍 的水 ， 而且
第２ ４卷 第 ３期
２ ０． ９ ０１ ０
沈
阳
化
工大ຫໍສະໝຸດ 学学报 Ｖｏ１２ Ｎｏ ３ ．４ ．
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＮＹＡＮＧ Ｓ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｓ ｐ２ １ ｅ．００
文 章 编 号 ： １０ ４ ３ （ ００ ０ ０５ ０ ０４— ６ ９ ２ １ ） ３— ２ ９～ ４
释性能 ． 因此 ， 吸水性 材料 已经在 农林 园艺 、 超 生
丙烯 酸 ， 分析 纯 ， 津 市科 密 欧 化 学 试 剂 有 天 限公 司 ； 氢氧化 钠 ， 己烷 ， 环 过硫 酸铵 ， 无水 乙醇 ， 均 为分析 纯 ， 天津 市博迪化 工有 限公 司 ；ｐｎ０ Ｓａ６ ， Ｔ ｅｎ０ 均 为 化 学 纯 ， 阳 市 新 西 试 剂 厂 ； ｗ ｅ８ ， 沈 Ｎ， 一 甲基双 丙 烯 酰胺 ， 析 纯 ， Ｎ 亚 分 国药集 团化
胶在 网格筛 上静 置 １ ｉ ， 后称 出凝 胶 质量 ， ５ｍ ｎ 然
量较 小时 ， 反应 活性 中心少 ， 反应速 率慢 ， 平均分 子质 量 大 ， 至 于 不反 应 ， 致转 化 率 和交联 度 甚 导
均较低 ， 故吸液倍率也较低． 而且 由于引发剂用
量少 ， 引发反 应 困难 ， 导期相 对较 长 ， 诱 造成 反应