膨润土_聚丙烯酸钠盐高吸水性复合材料研究
聚丙烯酸盐高吸水树脂合成工艺研究进展
前言合成的高吸水树脂已成为发展最快的功能高分子材料之一。
高吸水树脂不仅在医疗卫生、农林园艺、日用化工等领域里广泛应用，还由于它的膨胀性，增稠性、粘附性等特殊性能，成为一种多用途的功能材料，正向建筑、电子、食品等众多领域渗透。
采用高吸水树脂与其他材料符合的密封胶开始用于建筑嵌缝、钢板桩、管接头嵌缝密封以替代密封和黏结材料。
合成的高吸水树脂自问世以来，至今约有四十年历史，经过众多化学工作者不懈的努力，近二十年，由于应用领域的拓展，生产工艺技术得到驯熟发展，已有大量的文献和专著，对其合成和加工应用作了报道和介绍。
其中，教练的丙烯酸盐聚合物是合成系吸水材料的重要方面，而且被认为是最有希望的吸水性素质。
与其类型高吸水剂比较，除了具备高吸水率等基本性能外，其原料来自工业丙烯酸，生产成本较便宜，工艺较简便，且产品质量稳定，长时间的储存也不引起腐败。
聚丙烯酸盐吸水树脂通常指单体丙烯酸（或甲基丙烯酸）经碱部分中和后的碱金属盐聚合得到的轻度交联的高聚物，它能吸收自重数百倍的水，但并不溶于水。
其中，用得最多的是聚丙烯酸钠，因为聚丙烯酸钠是受准的食品添加剂，更具安全性。
本文仅就最近十多年来的合成工艺技术方面的研究情况作一简略介绍。
1.合成工艺路线文献报道中采用的聚合工业以水溶液法和反相悬浮法占据绝大多数。
1.1水溶液法丙烯酸在配制釜中先用氢氧化钠溶液中和，其中和度为60～90mol%，使单体浓度为30～60mol%，加入交联剂，通氮气，加入引发剂，搅拌均匀后，进入反应器静置聚合（保持氮氛），加热浴使反应温度保持30～80度，聚合反应2～5小时，得到的凝胶聚合体切割成小片或用螺旋挤出条状，在热风机或烘箱中130～230度下干燥，得到交联产品，经粉碎过筛，得到粉末状吸水剂。
其特点是过程简单，既可间歇，也可连续生产，可以制成膜状、片状、粉粒粉末状，也可以与其他吸水性物质复合成各种吸水材料。
1.2反相悬浮法反相悬浮聚合工艺是以水相为分散粒子，油相为分散介质，制成油包水（W/O型）的悬挂悬浮液，采用水溶性引发剂引发聚合的方法。
粘土矿物-聚丙烯酰胺复合高吸水性树脂的研究
粘土矿物/聚丙烯酰胺复合高吸水性树脂的研究一实验目的1了解高吸水性树脂的基本功能及用途。
2 了解粘土矿物/聚合物复合高吸水性树脂的制备方法。
3 熟悉高吸水性树脂吸水率的测试方法。
For personal use only in study and research; not for commercial use二实验原理高吸水性树脂是一种适度交联、具三维网络结构的新型功能高分子材料。
其分子中含有大量的-COOH、-OH等强亲水性基团，因此具有强的吸水性；同时因具有适度交联的三维网络结构，使其在水中只是吸水溶胀而不溶解。
故而这类材料具有超强的吸水、保水能力，已被广泛用于农林、园艺、工业、医疗、环保等诸多领域。
高吸水性树脂先通过吸附和分散作用吸收水分，接着树脂的亲水基团通过氢键与水分子作用，离子型的亲水基团遇水开始解离，阴离子固定在高分子链上，阳离子为可移动离子。
随着亲水基团的解离，阴离子数目增多，静电斥力增大，使树脂网络扩张。
同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，而使其浓度增大，导致树脂网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。
随着吸水量的增大，网络内外的渗透压差趋向于零，并且随网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消了阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡。
For personal use only in study and research; not for commercial useFlory在1953年从热力学的角度出发，运用弹性凝胶理论，提出了高吸水性树脂吸水率的数学表达式，该式可以描述为，高吸水性树脂的吸水率与离子的渗透压及离子与水的亲和力之和成正比，与树脂的交联密度成反比。
粘土矿物是一类层状结构的含水硅铝酸盐，包括膨润土、高岭土、凹凸棒石、云母等。
这类矿物的表面含有大量的-OH，片层之间存在着大量可交换的阳离子。
片层与片层之间的作用力为较弱的范德华力、静电力和氢键等，故层间离子较较易与其它无机物或有机物交换得到插层型粘土复合材料。
聚丙烯酸(钠)高吸水保水复合材料的制备及其水势研究的开题报告
坡缕石/聚丙烯酸（钠）高吸水保水复合材料的制备
及其水势研究的开题报告
一、研究背景
土地资源的稀缺以及全球气候变化的影响，给农业生产带来了巨大的挑战。
在此背景下，土壤保水保肥技术的应用和推广成为了重要的措施。
目前市场上常用的土壤保水剂主要是聚丙烯酸（钠）和坡缕石，它们能够吸附水分，保持土壤湿度，提高作物生长的适宜程度。
针对以上问题，本研究将两种材料进行复合，制备高效吸水保水复合材料，探究其在水势方面的作用，为农业生产提供科学化、高效化的保水保肥技术。
二、研究内容
1.制备坡缕石/聚丙烯酸（钠）高吸水保水复合材料。
2.通过对复合材料的表面形貌、结构和吸附性能的测试分析，研究复合材料的物理化学特性。
3.在室内和外田条件下，对不同比例的复合材料和单一材料进行水势试验，比较其在保水、保肥以及提高作物产量方面的效果。
4.深入分析复合材料的吸附机理和作用模式，并探讨其在实际生产中的应用前景。
三、研究意义
1.采用复合材料保水保肥技术，既能够提高土壤的水分利用效率，又能够减少肥料的流失，从而降低了农业生产的成本，提高了农产品的质量和产量。
2.本研究对于探究复合材料的物理化学特性和作用机理具有重要的
理论指导意义，同时还为复合材料在土地保肥、保水领域的应用奠定了
基础。
3.复合材料在保水、保肥领域的应用前景广阔，在为农业生产提供
科学化保肥保水技术的同时，还能为政府部门提供生态环保的解决方案。
反相悬浮聚合膨润土复合聚丙烯酸钠-丙烯酰胺高吸水性树脂的研究
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吸水机理 按 HAF<I 公式， 树脂吸水率 J 表示为：
4 ) * $ , , （ ） ( 4", % , % ’ 4 & +". ! # （ %+ " % & ） 式中 $ " %& 为连接在高分子电解质的电荷浓度； （4 " , ) * ） ! 为溶液中电解质的离子浓度； " %4 为 高分 子 电 解 质 与 水 的 亲 合 力； %+ " %, 为 交 联 密 度。 分子中的第一项表示渗透压， 与高分子电解 质的电离度 有 关； 第二项表示高分子电解质与 水的 亲 合 力。这 两 项 越 大，吸 水 量 越 大。分 母 交联密度越小， 吸水量越 %+ " %, 表示交联密度， 大。 聚丙烯酸钠高吸水树脂的吸水过程十分复 杂。在结 构 上， 它是轻度交联的高分子空间网 络， 具有许多离解基 （ KLLB#） ， 其网络结构是 由 化学交联和大分子链间的相互缠绕的物理交联 构成的。根据 HAF<I 理论， 聚丙烯酸钠高吸水树 脂未接触水时呈固态网， 当与水接触后 * 亲水基 （ KLLB#， 与水作用使水渗入树脂内部， 羧 KLLM） 酸钠基离 解 为 KLL : 和 迁 移 性 反 离 子 B# N 。由 其间的排 于高分子链上 KLL : 不能向水中扩散， 斥作用产生网络扩张的动力， B# N 虽有一定的活 动性， 但 由 于 受 网 络 骨 架 相 反 电 荷 的 吸 引、 束 缚， 使得 B# N 也不能自由渗入水中， 而是存在于 网络中， 以 维 持 高 分 子 的 电 中 性。因 而 网 络 内 使离子 部的 B# N 浓度大于外部水中的 B# N 浓度， 网络内外 产 生 渗 透 压， 加上高吸水树脂中的羧 酸钠基团 亲 水 性 强， 使水分子能在很短的时间 内大量渗入树脂网络内部。由于水的进一步渗 透， 使高分子链间也出现纯溶剂， 使 B# N 向该区 扩散导致高分子链带上静电荷。由于高分子离 子间相互 静 电 排 斥 力， 使高分子网束由相互缠 绕状态逐 渐 扩 展 （或 溶 胀） ， 高分子链的扩展又 导致高分 子 网 络 的 弹 性 收 缩， 而交联的网状结 构和聚合物内部的氢键抑制高分子链的无限扩 张， 上述两 种 因 素 平 衡 的 结 果 决 定 高 吸 水 树 脂 具有一定的吸水能力。 #"# 膨润土对树脂吸水率的影响 膨润土质量分数与树脂的吸水率的关系见
聚丙烯酸钠制备吸水膨胀天然橡胶的研究
聚丙烯酸钠制备吸水膨胀天然橡胶的研究哎呀，你这个问题可真是让我头疼啊！不过，既然你都问了，那我就尽力而为吧！嘿嘿嘿！我们得了解一下聚丙烯酸钠是什么。
简单来说，它就是一种化学物质，长得有点像白色的粉末。
但是，你别看它小小的，它的用途可大着呢！比如说，我们可以用它来制作吸水膨胀天然橡胶。
这个过程可是相当有趣的哦！那么，我们就开始吧！我们需要准备一些材料。
这些材料包括：聚丙烯酸钠、水、甘油、硫化剂和模具。
准备好了这些材料之后，我们就可以开始制作了！第一步，我们要把聚丙烯酸钠和水混合在一起。
这个过程叫做“溶化”。
嘿嘿嘿，这个名字听起来好像很简单的样子，其实可不是那么容易的哦！因为聚丙烯酸钠在水中会迅速地分散开来，所以我们需要不断地搅拌，直到它们完全溶解为止。
这个过程可是个力气活儿哦！第二步，我们要把溶化的聚丙烯酸钠加入到甘油中。
这个过程叫做“增塑”。
嘿嘿嘿，这个名字听起来好像很高级的样子，其实也没什么啦！因为甘油可以让聚丙烯酸钠变得更加柔软和易于加工。
所以，我们要把它们混合在一起，然后等待一段时间，让它们充分地融合在一起。
第三步，我们要加入硫化剂。
这个过程叫做“硫化”。
嘿嘿嘿，这个名字听起来好像很神秘的样子，其实也没什么啦！因为硫化剂可以让聚丙烯酸钠变得更加有弹性和耐久性。
所以，我们要把它们混合在一起，然后等待一段时间，让它们充分地反应在一起。
第四步，我们要把混合好的材料倒入模具中。
这个过程叫做“注塑”。
嘿嘿嘿，这个名字听起来好像很厉害的样子，其实也没什么啦！因为模具可以让我们把材料塑造成各种各样的形状。
所以，我们要把它们倒进去，然后等待一段时间，让它们自然地凝固。
第五步，我们要把凝固好的材料取出来。
这个过程叫做“脱模”。
嘿嘿嘿，这个名字听起来好像很难的样子，其实也没什么啦！因为模具可以很容易地让我们把材料取出来。
所以，我们要用工具轻轻地把它们从模具中取出就可以了。
好了！经过一系列的步骤之后，我们终于成功地制作出了吸水膨胀天然橡胶！嘿嘿嘿，这个过程虽然有点费劲儿，但是结果却是非常值得的哦！因为我们得到了一种既实用又好玩的东西！。
耐盐性有机膨润土-丙烯酸共聚物复合高吸水保水材料的研究
耐盐性有机膨润土-丙烯酸共聚物复合高吸水保水材料的研究耐盐性有机膨润土/丙烯酸共聚物复合高吸水保水材料的研究随着全球气候的变化和人口的增加，水资源的短缺问题越来越突显。
为了应对这一问题，开发高效的水资源利用和管理技术成为当务之急。
本研究主要围绕耐盐性有机膨润土/丙烯酸共聚物复合高吸水保水材料展开研究，旨在提高水资源的利用效率和保护环境。
耐盐性有机膨润土/丙烯酸共聚物复合材料是一种保水材料，具有良好的吸水性能和保水能力。
有机膨润土是一种具有高分子量、高吸水性和高孔隙率的天然材料，可以吸收大量的水分。
丙烯酸共聚物则是一种高分子水凝胶，具有良好的保水能力。
将这两种材料复合在一起，可以充分发挥它们各自的优势，形成高吸水保水性能较好的复合材料。
本研究首先选择合适的有机膨润土和丙烯酸共聚物作为研究对象，通过实验确定最佳的复合比例和工艺条件。
在实验过程中发现，合适的有机膨润土/丙烯酸共聚物复合比例为3:1，且以共聚物为基础，加入有机膨润土，有助于提高复合材料的吸水性能和保水能力。
随后，对复合材料的吸水性能进行了测试。
实验结果表明，该复合材料在水中能达到最大吸水率，并且其吸水速度较快，可以迅速吸收大量的水分。
这一特点使得该材料可以广泛应用于农业灌溉和城市绿化等领域，提高植物的生长环境和水分利用效率。
此外，该复合材料还具有良好的耐盐性能。
实验结果显示，该复合材料在高盐浓度下仍能保持较好的吸水和保水能力，表现出良好的耐盐性。
这一特点使得该材料可以适用于沿海地区或盐碱地区的土壤改良和植物生长环境改善。
总结起来，耐盐性有机膨润土/丙烯酸共聚物复合材料是一种具有良好吸水和保水性能的材料。
该材料在农业灌溉和城市绿化等领域具有广泛应用前景，可以提高水资源的利用效率和保护环境。
进一步的研究可以围绕该复合材料的耐久性和生态影响展开，以进一步推动其应用和发展综上所述，耐盐性有机膨润土/丙烯酸共聚物复合材料具有高吸水保水性能，适用于农业灌溉和城市绿化。
聚丙烯酸钠_高岭土复合高吸水性树脂的制备及性能研究
度增加、相对分子质量降低 , 故吸水率也趋于减少。 214 分散剂用量对吸液率的影响
由图 4 可看出 , 在实验考察范围内 , 吸水率随 分散剂用量的增加而增加 。主要是由于分散剂能使 液滴周围形成一层致密吸附膜 , 阻止分散相液滴进 行黏结与聚并 , 使分散体系在整个聚合过程中处于 稳定状态 , 所得树脂粒径细小而均匀 。但当分散剂 量太多时 , 产物平均粒径太小 , 吸收反应系统中的 水后呈黏稠状 , 难以过滤分离 , 给后处理工作带来
收稿日期 2003 - 01 - 07 。 第一作者简介 张小红 (1963 —) , 男 , 博士研究生 , 副教授 。联系 人 崔笔江 。电话 020 - 37628244 。
第 6 期 张小红等 : 聚丙烯酸钠/ 高岭土复合高吸水性树脂的制备及性能研究 · 6 03 ·
吸水率 称取 015 g 干燥的树脂放入烧杯中 , 加入 500 mL 蒸馏水 , 在室温下静置吸水 , 达饱和 后滤除多余的蒸馏水 , 并称其质量 , 则
吸水率 = (吸水后树脂的质量 - 干树脂的质量) / 干树脂的质量
吸盐水率 称取 015 g 干燥的树脂放入烧杯 中 , 加入 500 mL 质量分数为 019 %的 NaCl 水溶 液 , 在室温下静置吸水 , 达饱和后滤除多余的盐 水 , 并称其质量 , 则
图 4 分散剂用量对吸液率的影响
215 反应温度对吸液率的影响 由图 5 可知 , 反相悬浮聚合对温度非常敏感 ,
当温度在 70 ℃时 , 聚合所得吸水性树脂的吸水率 较理想 。温度太高或太低对产物的性能会带来极大 的影响 。若聚合温度太高 , 则反应速度过快 , 甚至 有可能形成暴聚 , 且自交联度有所增加 , 主链上亲 水基团相应减少 , 导致吸水率下降 ; 若聚合温度太 低 , 则聚合反应速度较慢 , 进而导致交联度明显降 低 , 聚合物中只有很少一部分成粒状 , 而大多数呈 黏稠状 , 即不能使聚合物形成有效的体型网状结 构 , 产物水溶性大 , 吸水率下降 。 216 中和度对吸液率的影响
高岭土_聚丙烯酸钠高吸水性复合材料表面交联改性及吸水动力学研究
V o l 39N o 5 76 化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICA L M AT ERIA LS 第39卷第5期2011年5月基金项目:国家863基金资助项目(2006AA100215)作者简介:刘双(1986-),女,在读硕士,材料科学与工程专业,主要从事功能高分子材料的理论与应用研究。
联系人:范力仁,教授。
高岭土/聚丙烯酸钠高吸水性复合材料表面交联改性及吸水动力学研究刘 双 范力仁*曾 鸣 栗海峰 罗文君 闫春泽(教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心(中国地质大学),武汉430074)摘 要 以乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,蒸馏水和丙酮的混合溶液为溶剂,用水溶液聚合法对高吸水性复合材料进行了表面交联反应。
结果表明,当交联剂用量为0 5%(相对于表面交联前吸水材料的质量),相比(水与丙酮的体积比)为0 15时材料的性能最好,吸水倍率达406g /g ,前130min 吸水材料的平均吸水速率达0 280g/g min -1,水的溶剂化作用引起的高分子链段松弛的速率决定了水凝胶的吸水速率。
关键词 高吸水复合材料,表面交联,吸水性能,溶胀动力学Surface modification and swelling dynamics of kaolin/sodiumpolyacrylate super absorbentLiu Shuang Fan Liren Zeng M ing Li H aifeng Luo Wenjun Yan Chunze (Eng ineering Research Center of Nano -Geomaterials o f Ministry of Education (ChinaUniversity of Geo sciences),Wuhan 430074)Abstract T he study was conducted with super -abso rbent s surface cro ss-linking r eact ion,et hy lene g ly co l dig lyc-i dy l ether used as cro ss -linker,and dist illed water and acetone used as the mix tur e solvent.T he results show ed when the content of cro ss -linker w as 0 5%of the quality o f co mpo site super -abso rbent and the volume r atio(water and aceto ne)w as 0 15,the distilled w ater abso rptio n perfo rmance of composit e w as the best value 406g /g ,and the av erag e max imum water absorptio n rate was 0 280g /g min -1.T he phenomena co uld be ex plained that the rate of relaxat ion o f po lymer chain due to solvent effect o f wat er deter mined the r ate o f wat er abso rptio n r ate of hydro gels.Key words hig h water -abso rptive mater ial,surface modificatio n,swelling propert y,sw elling dynamics在合成系高吸水性树脂中,聚丙烯酸系树脂是目前用量最大、最有前途的高吸水性树脂之一。
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文章编号:1000 4734(2001)03 0427 04膨润土/聚丙烯酸钠盐高吸水性复合材料研究林建明1,2 杨正方2 普敏莉2 吴季怀1(1.华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362011;2.天津大学材料科学与工程学院,天津300072)摘要:以膨润土和丙烯酸为原料,用溶液法交联共聚合成复合高吸水性树脂,研究了加入膨润土的聚丙烯酸盐高吸水性复合树脂合成中单体中和度、膨润土添加量、交联剂用量、反应温度等影响吸水率的主要因素。
用电子显微镜观察了复合材料的表面和界面。
结果表明,用溶液法聚合合成膨润土/聚丙烯酸钠盐复合型高吸水性树脂,膨润土在树脂中分散均匀,产物具有高的吸水能力。
关键词:高吸水性树脂;膨润土;复合材料;聚丙烯酸中图分类号:P578.965;T B324文献标识码:A作者简介:林建明,男,1963年生,副研究员,目前主要从事复合材料及功能材料的研究工作.高吸水树脂是一种具有三维交联网状结构的新型功能高分子材料,它可吸收自身重量几十倍乃至几千倍的水,吸水后的凝胶即使在加压的情况下也不脱水。
由于它具有奇特的吸水能力和保水性能,已被广泛地应用于如卫生用品、农业园艺、沙漠防治与绿化、土木建筑等多个领域。
近年来在国内外已进行了大量的研究[1~6]。
以蒙脱石为主要矿物的膨润土具吸湿及吸水膨胀性,属亲水性的层状硅酸盐粘土矿物,经深加工处理后的粉体具有较大的比表面积,可以较好地与有机单体进行复合。
丙烯酸 丙烯酸钠交联聚合型树脂是一类性能优异的吸水率高、吸水速度快的高吸水树脂。
研究两者的复合、合成有高吸水率及高吸水速度的复合材料,对膨润土的开发应用及可望降低树脂的成本,有明显的意义。
本文以丙烯酸为原料,采用溶液聚合法合成膨润土 聚丙烯酸盐高吸水树脂。
对影响树脂性能的主要因素及其最佳反应条件进行了研究,获得较好的结果。
1 实 验1.1 材 料收稿日期:2001 03 25基金项目:国家自然科学基金项目(批准号:59772034);福建省自然科学基金项目(F99024)丙烯酸(CP,上海五联化工厂)、氢氧化钠(CP,广东汕头西陇化工厂)、过硫酸钾(CP,广东汕头西陇化工厂,用时重结晶)、N,N 亚甲基双丙烯酰胺(AR,军事医药科学院药材供应站生产);膨润土(浙江)1.2 仪 器常州HH 4恒温水浴锅;JJ 1电动搅拌器;上海DZF 6050真空干燥箱;上海TZC 2粒度分析天平;飞利浦(Philips)XL30ESEM扫描电子显微镜;德国赛多利斯BS110S分析天平。
1.3 高吸水复合材料的制备在装有搅拌装置、冷凝管及通N2的500ml 四口瓶中,在一定的搅拌转速下,加入经深加工处理的膨润土粉体(浙江产,比表面积104.5m2/g,处理方法略),加入经真空减压蒸馏提纯除去阻聚剂的丙烯酸,充分浸润,在冰水浴下边搅拌边滴加NaOH溶液中和,充氮气保护,然后加入交联剂N,N 亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸钾,在65 ~70 水浴恒温器中聚合反应4h,取出产品,进行干燥,粉碎,过0.3mm筛,再真空干燥后装袋备用。
处理后的产物为略带暗色的白色粒状树脂。
在综合考虑各影响因素的基础上,选用了正交试验方案,结果与讨论中的数据是因素的优化平均结果。
第21卷 第3期2001年9月矿 物 学 报ACTA M INERALOGICA SIN ICAVol.21,No.3Sept.,20011.4 吸液率的测定吸水率的测定采用过滤法。
准确称取0.10g 复合高吸水树脂样品,放入200m l 烧杯中,加入一定体积的蒸馏水,静置待树脂吸水饱和后,用0.15mm(100目)网筛将游离的水滤去,并使凝胶在网筛上静置15m in,然后称出凝胶重量,按下式计算吸水率:吸水率=[吸水剂吸水后凝胶的重量(g)-吸水剂干样品的重量(g)]/吸水剂干样品的重量2 实验结果与讨论2.1 中和度对吸水率的影响如图1所示,中和度在60%~80%时,吸水率先是随中和度的增加而提高,在大于70%后,吸水率随着中和度的升高而缓慢下降。
中和度低于60%,反应速度较快,聚合反应较难控制。
纯的交联聚丙烯酸钠(不添加粘土)高吸水性树脂,较高的中和度下(>80%)可合成高吸水率的树脂。
从Flory 公式[7]探讨高吸水材料的溶胀能力可知,材料的电荷密度是影响高吸水性材料吸水能力的一个重要因素,中和度的大小对此有较大的作用。
加入了深加工后的超细膨润土矿物粉体材料,由于其表面和层间存在着许多活性点(永久电荷、可变电荷、可交换性阳离子),可与有机树脂反应形成网状结构,部分地起到了电荷密度调控的作用,对于保持材料有高的吸水率及吸水后凝胶强度是有益的。
图1 中和度对吸水率的影响F ig.1.T he effect of neutralizationdegr ee on absorbency.2.2 膨润土对吸水率的影响膨润土与丙烯酸 丙烯酸钠交联共聚合制备高吸水性树脂复合材料,作为膨润土的开发研究内容之一。
膨润土为亲水性的无机矿物材料,且有吸水能力,其吸水率相对于有机树脂来说,仍然是非常低的,基本上会随着粘土加入量的增加而下降。
如图2所示,在我们实验考察的添加量中,膨润土含量在10%~50%(与丙烯酸单体量比,下同)的范围内,当粘土用量少于30%,吸水率的降低较缓,超过30%,随粘土量增加,吸水率下降迅速,但仍然可获得相对较高的吸水倍数。
与加入高岭土的复合型高吸水性树脂类似,加入膨润土粉体的树脂在聚合后不易粘壁,在产物后处理方面优于纯的交联聚丙烯酸盐。
膨润土与有机物丙烯酸 丙烯酸钠聚合可能存在有三个层次上的结合:一般充填式的混合;表面接枝聚合及层间或结构内的结合。
膨润土在交联剂作用下有助于接枝交联反应的进行,形成以膨润土粒子为主要网格点的交联度适宜的聚合物。
在交联剂一定的情况下,膨润土含量高,将使网格大大增多,吸水能力降低。
另一个较明显影响材料吸水性能的因素为所加入的粉体的粒度大小,实验使用的膨润土粉体的粒度<2 m 的占77%,8 m 以下占100%,若选用含粗颗粒较多的膨润土粉,合成出来的树脂的吸水倍率不高,严重时会造成无机与有机的复合不均匀,产品质量不好。
图2 膨润土加入量对吸水率的影响F ig.2.T he effect of t he added amount ofbento nite on absorbency.428 矿 物 学 报 2001年2.3 交联剂用量对高吸水性树脂吸水率的影响高吸水性树脂的交联方式有物理交联、化学交联和离子结合等方式。
最常用的是化学交联法。
可选用的交联剂有很多,通常是含有两个或两个以上官能团的化合物。
吸水树脂的性能与交联剂的结构和用量有较密切的关系。
本文选用N,N 亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。
图3是交联剂用量对高吸水性复合树脂吸水倍率的影响。
含膨润土的吸水树脂,当交联剂用量小于0.1%时,吸水率随着交联剂量的增加呈上升趋势,但当交联剂量继续增加时,则会因为交联密度高,交联点之间的链段比较短,网格孔径小,树脂的溶胀能力差,水较难进入网格,导致吸水率随交联剂的量增大而减小。
交联剂太少及交联剂过量,吸水后树脂凝胶的外观有显著不同。
交联剂量少,交联密度不大,树脂吸水后成泥状的半水溶性树脂部分增多,部分成为水溶性树脂,凝胶强度低,吸水倍率不高。
保水性能也不好。
交联剂量多,交联密度太大,吸水后凝胶太硬,吸水倍率也不高。
因此,控制好树脂合成时交联剂的用量,是合成优质高吸水树脂的关键因素之一。
吸水率与交联密度的关系可以用Flory [1,7]关于聚合物溶胀理论很好地加以解释。
图3 交联剂用量对高吸水性树脂吸水倍率的影响Fig.3.T he effect of cr osslinking agent amount onabsorbency of super absorbent resin.我们认为,分散良好的膨润土的加入,控制适度的交联,可使膨润土与树脂基团相互作用将部分地起到了官能性的交联作用,形成网状结构,因产物的吸水能力较高。
高吸水性复合材料适合的交联剂量和膨润土比例及对吸水率影响的工作尚在进行中。
图4 聚合反应温度对高吸水性树脂吸水倍率的影响F ig.4.T he effect of polymerization reactio n temperatureon absorbency of superabsorbent resin.2.4 反应温度的影响反应温度对聚合产物的影响是明显的。
从图4可以看出,当温度在65~70 时,产物的吸水率较好。
反应温度较低时,自由基引发反应的诱导期长,反应速度慢,且反应可能不完全,树脂交联难,吸水率不高,产物的可溶部分增多;温度高,对于自由基引发聚合反应的进程是有利的,但若反应速率太快,可能产生暴聚,聚合反应的控制难度大,生成的交联产物无规程度增加,吸水率也不高。
2.5 电子显微镜测试用电子显微镜观察了复合材料的表面和界面,可以观察到膨润土在聚丙烯酸钠中的分布均匀,有机与无机材料的界面模糊,表明膨润土与聚丙烯酸钠的复合效果良好。
复合效果较差的吸水材料断面的电子显微形态中的膨润土在聚丙烯酸钠中的分布不均,膨润土与有机相界面清晰可辨,膨润土与聚丙烯酸钠没有很好地复合,吸水倍率低(200~400g/g)。
3 结束语(1)用溶液法合成膨润土 聚丙烯酸盐高吸水性复合树脂可以有较高的吸水率。
(2)加入膨润土粉体的复合型高吸水性树脂交联共聚产物后处理较未复合材料容易。
(3)中和度以70%为宜。
429第3期 林建明等:膨润土/聚丙烯酸钠盐高吸水性复合材料研究430 矿 物 学 报 2001年(4)膨润土添加量达到30%时(与单体量比),树脂仍有较高的吸水率。
参考文献[1]邹新禧.超强吸水剂[M].北京:化学工业出版社,1991.[2]Nagorski H and Ashi ya F.S uperabsorbent polymers:Science and Technology,ACS Symposium S eries573[A].Buchholz F L and PeppasN A.T he A merican Chemical Socie ty[M].Washington DC,1994.[3]周锰,林建明,吴季怀.粘土 淀粉接枝共聚丙烯酰胺超吸水性复合材料的合成与性能研究[J].中国矿业,2000,9(2):72~74.[4]蒲敏,王海霞,周根树.吸水性凝胶材料的研究现状与发展趋势[J].材料导报,1997,11(4):43~45.[5]季鸿渐,潘振远,张万喜,等.含膨润土的部分交联聚丙烯酰胺高吸水性树脂的研究[J].高分子学报,1993,10(5):595~599.[6]朱秀林,顾梅,赵峰.高岭土 聚丙烯酸钠高吸水性复合树脂的合成及性能研究[J].高分子材料科学与工程,1994,10(5):46~49.[7]Flory P J.Principles o f Polymer Chemistry[M].Cornell University Pres s,1954.RESEARCH ON BENTONITE/POLYACRYLIC ACIDSODIUM SALT SUPERABSORBENT COMPOSITELin Jianm ing1,2 Yang Zhenfang2 Pu M inli2 Wu Jihuai1(1.Institute of M aterials Physical Chemistry,Huaqiao University,Quanzhou362011;2.S chool of M aterials S cience and Engineering,T ianjin Un i versity,T i anjin300074)Abstract:Bentonite and partially neutralized acrylic acid cross linked superabsorbent composite were syn thesized using aqueous solution poly merization.Some key factors affecting the absorbency of superabsorbent composite resin such as the degree of neutralization,the amount of bentonite and crosslinking agent as w ell as the reaction temperature have been discussed.Surface and boundary of the composite products w ere in vestigated by SEM.T he results show ed that bentonite can be w ell dispersed in org anic phase and superab sorbent composite products containing bentonite have strong absorbing ability.Key words:superabsorbent;bentonite;composite material;polyacrylic acid salt。