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表面交联高吸水性树脂的合成及吸液性能研究


□ 周柳茵 王月珍 邵华德 张庆芳 张春霄 邵敬铭

  摘要:采用水溶液聚合法合成了聚丙烯酸钠高吸水性树脂(SAP),通过改变丙烯酸中和度和进行吸水性树脂的表面交联反应处理,考察SAP产品在常压及加压下(2kPa)吸生理盐水(O.9%NaCl水溶液)性能。结果表明,当丙烯酸中和度为80%(质量分数)时。以二甘醇为表面交联剂制备的SAP在常压及2kPa压力下吸生理盐水能力别为56g/g和29 g/g。
  关键词:高吸水性树脂;溶液聚合;表面交联;丙烯酸钠
  中图分类号:TQ 325.7
  文献标识码:A
  文章编号:0367-6358(2007)12-748-03
  作者简介:周柳茵(1970-),女,高级工程师,硕士,主要从事精细化工方面的研究。
  
  高吸水性树脂(sAP)是近年来迅速发展的一种新型功能高分子材料。它能吸收本身质量几百乃至上千倍的水,并有着优良的保水性能。但是,当颗粒状SAP接触水溶液后,其表面容易粘结而使粒状聚合物形成结块,造成凝胶堵塞,阻碍水分子的进一步渗入,不利于树脂充分发挥吸水性能,影响其吸水倍率和吸水速率。Dow化学公司、日本Shokubai(触媒)公司、美国Hoechst Celanese公司通过二次交联对现有生产工艺进行改进,从而改善产品性能:即将二次交联剂喷洒在SAP颗粒的表面,并在高温下进行处理,使得颗粒状SAP具有核,壳结构。解决了凝胶堵塞,极大地提高了SAP在常压及压力下的吸生理盐水能力。
  传统的棉花、纸张、海绵等材料的吸水是通过毛细管的吸附作用进行的,属于物理吸附过程;而SAP的吸水作用主要是通过弱的化学键结合,以化学吸附为主。SAP是一种高分子电解质,在水中电离后产生的离子之间相互作用使得树脂溶胀,而且随着树脂内部离子浓度的增加,由于树脂内部与外界溶液之间的浓度差而产生反渗透,使得水进一步进入树脂内部,然而树脂本身的交联结构及氢键结合又限制了树脂吸水,因此SAP的吸水过程同时存在物理吸附和化学吸附两个过程。吸水能力的多少,取决于高分子电解质和水之间产生的渗透压的大小,直到渗透压和高分子网络的弹力达到平衡时为止。
  本文通过改变丙烯酸中和度及采用不同的交联剂对所制备的聚丙烯酸,丙烯酸钠型的吸水性树脂进行表面处理,研究了表面交联剂种类、用量及丙烯酸中和度对SAP在常压及2kPa压力下吸生理盐水性能的影响。
  
  1 实验部分
  
  1.1主要原料和器材
  冰晶形丙烯酸,上海华谊丙烯酸有限公司,工业优级品;氢氧化钠,32%(质量分数,以下同),离子膜碱,工业品;亚甲基双丙烯酰胺(MBAM),上海化学试剂厂,化学纯;其余试剂如聚乙二醇、二甘醇、二乙二醇缩水甘油醚、磷酸三钙、三氯化铝、过硫酸铵、亚硫酸氢钠。均为化学纯;去离子水采用上海华谊丙烯酸有限公司的工业软化水。
  解碎机;RY-8(s),正元精密机械有限公司;干燥箱:LO-165B理化干燥器,上海实验仪器有限公司。
  
  1.2制备过程
  称取一定量的32%离子膜碱,用适量的去离子水稀释于一个1000 mL的具盖平底容器中,该过程是放热反应,需放置一段时间进行冷却。称取200 g冰晶形丙烯酸。加入上述碱溶液中,在搅拌冷却下,进行中和反应,中和反应温度控制在30~C以下,中和完后加入经冰晶形丙烯酸溶解的交联剂,得到中和度为65%-80%的聚合单体水溶液,此溶液的浓度为25%-40%(质量分数)。将此溶液用氮气鼓泡脱氧30 min,加人定量的引发剂水溶液后,倒入一个不锈钢的平底盘中,置入70℃的烘箱中,进行静态聚合反应2—3 h,得到无色透明的块状聚丙烯酸,丙烯酸钠水凝胶。
  将此块状水凝胶采用解碎机进行凝胶造粒、然后进行颗粒状凝胶的干燥、冷却、粉碎、分筛得到粒径为150—850ftm的SAP树脂200 g。
  取上述颗粒树脂100 g,在树脂表面喷洒占树脂2%-5%表面交联剂溶液(见图1),混合均匀后,在一定的温度下反应30 min左右。然后冷却、过筛得到经表面处理的SAP。通过改变表面交联剂二甘醇与水及乙醇的配比可得到不同性能的表面交联型高吸水性树脂。
  
  1.3性能测定
  1.3.1常压吸生理盐水倍率
  取O.2 g SAP样品置于一茶叶袋中,将此茶叶袋浸没在O.9%(质量分数)的氯化钠水溶液中,待树脂吸附饱和后,取出沥去过多的液体。称量,计算,得到树脂吸生理盐水倍率q。
  SAP常压吸液倍率Q(g/g)=mi-mo/0,2-1式中:mi一样品饱和吸收生理盐水经沥干后与
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