复合高吸水树脂的制备及性能研究

３复合高吸水树பைடு நூலகம்的表征
红外光谱分析‘５１ 纯共聚物的红外光谱见图２，添加高岭土的吸 水性树脂的红外光谱见图３。在图２中，纯丙烯酸
万方数据
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乐俐等：复合高吸水树脂的制备及性能研究
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一丙烯酰胺一淀粉共聚物有在３４４７．７９ ｃｍ一的０一 Ｈ伸缩振动峰，２９２４．０５ ｃｍ‘１处的Ｃ—Ｈ伸缩振动 峰，１６７０．６４ ｃｍ叫处的Ｎ—Ｈ弯曲振动和１５７６．８５ ｃｍ～一ＣＯＯ一的伸缩振动峰。它在１０００ ｃｍ。１以下 几乎是没有特别强的吸收峰。 与纯共聚物的红外谱图相比，图２中位于
作者简介：乐俐，身份证号：１２０１０６１９８５０２｝｛｝，４２，硕 ㈣ 挪
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士研究生，现就读于天津城市建设学院，主要研究方向为环 境友好型材料。 （责任编辑戈素芬责任校对刘
明）
伸缩振动ｌ峰／ｃｍ“
图３
添加高岭土的吸水性树脂的红外光谱图
万方数据
ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ
３８（３）：５７９—５８６．
［５］张小红，崔笔江，崔英德，等．聚丙烯酸钠／高岭土复合高
＾承一啬
吸水性树脂的制备、结构与性能［Ｊ］．精细化工，２００３，２０
（１０）：５５５． 收稿日期：２００９—０３～０４
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修订日期：２００９—０３—２５
ｅｍ一处有一个吸收峰，而在图３同样的位
置此峰消失，主要是高岭土层间０一Ｈ的伸缩振动 和变形振动谱带与共聚物中羟基（０一Ｈ）缔合的结 果。除此之外，图２与图３其在位置及峰的强度上 都没有太大变化，主要是因为高岭土与共聚物的作 用只有极少部分进人土片层进行反应，而绝大部分 只是作为单纯的混杂材料。 ３．２超景深显微分析 超景深显微分析（图略）结果表明，高岭土和有 机相复合较好且分散均匀，形成一层由无机矿物与 有机树脂以包裹方式结合的有机高聚物。在吸水树 脂内部可发现多个网络交联点上存在高岭土的证 据。树脂的交联三维网络结构，可以提高复合材料 的吸水速率，且水分不易从网中溢出，使制得的吸水 剂具有良好的综合性能。
２３６０．６０
３．３热重分析 热重分析结果表明，纯吸水树脂在３９３℃开始 迅速失重，到４３３℃失重约７０％，温度继续升高，在 约７４８℃失重约３％。而添加高岭土的吸水树脂比 纯吸水树脂失重稍快，但到３９４℃失重５９％，之后又 迅速失重８．７％，到５２７℃质量基本恒定。这可能是 由于高岭土的脱羟基作用，使得添加高岭土的复合 吸水树脂的失重温度较低，随着高岭土的失重，分子 间的作用力减弱，树脂的交联网络受到影响，导致掺 土的吸水树脂在该阶段迅速失重。
１试验材料与方法
・基金项目：国家自然科学基金项目（Ｅ０２１３０１）。
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水土保持应用技术
２００９年第３期
将树脂吸水饱和后的水凝胶分别放人６０℃下 的恒温烘箱中干燥，每隔１ ｈ称质量１次。 １．３．４热重分析 采用ＬＣＴ一２型差热一热重联用仪，温度由室 温升至８００℃左右，升温速度为１０℃／ｍｉｎ，由记录仪 记录热分解曲线。
关键词：淀粉；丙烯酰胺一丙烯酸；吸水树脂ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—５３６６．２００９．０３．１８ 高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团、轻度 交联的功能高分子，具有高强吸水性能，且吸水速度 可在数秒内生成凝胶的特点…。我国北方因干旱 导致区域植被破坏、沙漠化日益严重，对多功能、低 成本的高吸水性聚合物有较大的需求，开发新型高 吸水保水、耐盐碱、低成本的功能材料迫在眉睫。 由于淀粉广泛存在于生物界，原料来源广泛，特 别是我国农业产品资源极为丰富，而且它在生物降 解和原料的再生性方面，具有其他类树脂不可比拟 的优越性【２】。本项研究以淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺 和高岭土矿物为主要原料，环己烷为分散介质，利用 反相悬浮聚合的方法合成淀粉／丙烯酰胺一丙烯酸／ 高岭土复合型的高吸水性树脂。该高吸水性树脂具 有一定的凝胶强度、流变性，且成本相对较低，可以 将其应用到建筑混凝土等材料中，通过树脂的吸水 及保水能力，从而提高混凝土的保水性，因此具有很 好的应用前景。 先用氢氧化钠在冰水浴情况下中和定量的丙烯 酸，控制中和度在６０％一８０％，将丙烯酰胺、引发 剂、交联剂、高岭土加入到丙烯酸、丙烯酸钠混和溶 液中，形成水相混合溶液。然后将淀粉和蒸馏水加 入到装有搅拌器、冷凝管、温度计的试瓶中，在通氮 气的条件下，９０℃恒温水浴中糊化３０ ｒａｉｎ。待糊化 完成后，将温度迅速降到５０℃，将环己烷和分散剂 加入烧瓶中，恒温水浴加热与搅拌几分钟。用滴液 漏斗将已制得水相混合液慢慢加入烧瓶中，滴加时 间约０．５ ｈ，缓慢升温至７５℃搅拌反应３ ｈ，反应完 成后停止通氮气。最后对反应产物进行洗涤、脱水、 干燥及粉碎处理得到高吸水树脂产品。 １．３性能测试Ｈ１ １．３．１吸水（盐）倍率测试 称取０．５ ｇ树脂放入１００目的筛网，将其放 人烧杯中并加入５００ ｍＬ蒸馏水（０．９％的ＮａＣｌ水 溶液），吸水（盐）饱和后过滤出多余的溶液，称其 质量。 １．３．２吸液速率测定 称取０．５ ｇ树脂放入１００目筛网中，浸入液体， １．１主要原料 试验所用材料主要为：丙烯酸、丙烯酰胺、Ｎ，Ｎ’ 一亚甲基双丙烯酰胺、玉米淀粉、ｓｐａｎ－６０、高岭土。 １．２制作制备与方法 依次以不同的时间进行过滤称质量，得到不同时间 的吸液量。测定一般样品在不同时间内样品的吸液 倍率。 １．３．３保水能力测定
［参考文献】 ［１］吴季怀，林建明，魏月琳，等．高吸水保水材料［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００５：２２０—２２４． ［２］雪萍，翁志学．高吸水性树脂的研究进展和应用［Ｊ］．化 工生产与技术，２０００，７（１）：１７—１９． ［３］何叶丽．高吸水性聚合物性能指标与测试方法［Ｊ］．化 工新型材料，１９９８，２６（１２）：２２—２４．
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水土保持应用技术
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复合高吸水树脂的制备及性能研究‘
乐 俐
曲
烈
杨久俊刘泽维
（天津城建学院材料科学与工程系，天津３００３８４）
中图分类号：ＴＶ４３２＋８
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７３－５３６６（２００９）０３—００４７—０３
摘要：以过硫酸铵为引发剂，以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，以高岭土为无机填科。采用反相悬浮法制备高岭土复合 淀粉接枝丙烯酰）Ｉｔ－－－－丙烯酸高吸水树脂。探讨了单体质量比、高岭土添加量等因素对产品性能的影响，研究了产 品的保水能力，并对产品的结构进行了分析和表征。研究结果表明，该高吸水性树脂具有一定的凝胶强度、流变 性，且成本相对较低，可以将其应用到建筑混凝土等材料中。通过树脂的吸水及保水能力从而提高混凝土的保水 性，在水土保持边坡防护方面具有很好的应用前景。
３．１
图１
复合树脂的吸液速率
枝部分少，合成的聚合物高分子链支链少，且高分子
链的分子量小，不利于形成良好的大分子网络骨架，
从而使合成的复合材料的交联密度小，影响了整个 高分子网络的吸水性；当淀粉用量过多时，由于淀粉
的一ＯＨ比例过大，相对亲水性更强的一ＣＯＯＮａ、一
Ｃ００ＮＨ，比例下降，也会使吸水性降低。经观测，淀 粉用量达到３３％时吸水倍率最高，这是因为淀粉的 引入，增加了新的亲水基团一ＯＨ，使复合材料中各 亲水性基团相互协同作用增强，有利于吸水倍率的 提高。当低于３３％，产物的吸水率随淀粉用量的增 多而提高；而大于３３％时，吸水倍率下降。 ２．４复合高吸水树脂的吸液速率及保水性 蒸馏水和盐水吸液速率曲线见图ｌ。树脂的吸 液速率在吸液初期很快，在３０ ｍｉｎ时就均己达到饱 和吸液倍率的８０％以上，随着时间的延长吸水树脂 的吸液速率变慢，这是因为在吸液初期，树脂内部和 外部溶液间渗透压较高，此时网络内充水量少，高分 子链的伸展程度不大，吸液率增加很快；随着树脂吸 水量的增加，渗透压变小，树脂的吸液速度减慢，吸 蒸馏水和盐水分别在６０ ｒａｉｎ和８０ ｒａｉｎ时就已达到 饱和，树脂几乎不再吸水，吸水过程完成，达到饱和 吸水率。 研究表明，该树脂的保水能力较强，在５ ｈ的时 候，保水率均在５０％以上，而且吸盐水的保水率略 高于吸蒸馏水的保水率。
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２结果与讨论
２．１
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单体质量比对吸水率的影响 高吸水性复合材料中多基团协同作用的吸水倍
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率优于单基团Ｌ４Ｊ。为了提高树脂的吸水速率，引 入了非离子型单体丙烯酰胺。丙烯酸与丙烯酰胺二 元聚合后，在聚合物的分子链中存在一ＣＯＮＨ，一 ＣＯＯＮａ，一ＣＯＯＨ三种聚合基团，这三种基团的交 互作用比单个基团的作用较强，当基团在物质中的 比例合适时，离子间的交互作用降低，使得吸水倍 率提高。 试验结果显示，当丙烯酸用量较少时，吸水倍率 随丙烯酸含量的增大而升高，当两者质量比为２：３ 时达到最大值。由于丙烯酸较高的单体浓度会导致 吸水性树脂有效交联密度的增加，从而导致树脂网 络空间减小，高分子链弹性扩张力减弱，引起树脂吸 水倍率的下降。但从总体来看，单体配比对于树脂 的吸水性能影响不大。 ２．２高岭土添加量对吸水率的影响 高岭土的添加量在ｏ％一１０％的范围时，树脂 的吸水率随添加量的增加而增加，当添加量达到 １０％时，树脂的吸水倍率最高。添加量在５％一 １５％的范围时，复合材料都具有较好的吸水率。但 当大于１５％时，将使高吸水性复合材料的网络点大 大增加，交联点之间的网络变短，树脂分子链难于扩 展，使吸水率下降。高岭土的添加不仅提高吸水剂 的吸水倍率，且提高了吸水后的凝胶强度，以及在应 用前景方面，提高了与水泥基化学固沙材料的相适 应性。 实验结果表明，对高岭土复合淀粉接枝丙烯酰 胺一丙烯酸高吸水树脂的合成，高岭土添加量应为 １０％，此时，产品吸水倍率达到６４７ ｇ／ｇ，吸盐水 倍率达到７７ ｇ／ｇ，吸盐水性能明显改善。试验结果 见图１。 ２．３淀粉添加量对吸水率的影晌 淀粉用量过少时，淀粉和丙烯酰胺一丙烯酸接