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澳门威利斯人88038接枝高吸水树脂的制备

发布日期:2015-04-28 10:32:44
对苯乙烯磺酸钠
  在装有冷凝管、氮气导管、温度计和电动搅拌器的四口烧 瓶加人1. 44g澳门威利斯人88038并用蒸馏水溶解,通氮气驱氧 半小时。依次加人丙烯酸(在冰水浴中边搅拌边缓慢逐滴人 溶有4.0g NaOH的50mL水溶液中,部分中和到所需中和 度),丙烯酰胺,对苯乙烯磺酸钠,引发剂,在水浴锅温度为 70°C下进行反应,lOmin加人交联剂,2h后结束反应,用无水 乙醇多次洗涤产物,在80°C的恒温干燥箱中干燥至恒重,用粉 碎机粉碎,得到最终产物。
  
  1.3性能测试及表征 1. 3. 1 红外光谱分析(FT-IR)
  
  将所制备样品用KBr压片,采用美国BIORAD企业生产 的FTS40型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)进行表征,扫描 波长 4000?500cm—1。
  
  高吸水树脂是经适度交联的具有三维网络状结构的新型 功能高分子材料,通常又称为“保水剂”、“高吸水性聚合物 (super absorbent polymer,简称 SAP)”、“超强吸水剂”等[1]。
  
  是由低分子物质经聚合反应合成或由高分子化合物经化学反 应制成,是一种交联密度低、不溶于水、高水膨胀性的功能高 分子材料,在其分子链上有很多强亲水性基团如羧基、酰胺 基、酯基等,能吸取比自身重量多几百倍甚至几千倍的水分或 者比自身重量多数十倍的盐水[2]而呈凝胶状,且具有良好的 保水性能,现已广泛应用于工业、农业、食品、医疗卫生、生活 用品和环境保护等领域&5]。本研究针对高吸水树脂吸水速 率慢的问题引人了对苯乙烯磺酸钠单体,它能有效的使制备 出来的凝胶具有大量孔隙结构,提高吸水速率,扩大应用范 围。研究了丙烯酸中和度、单体配比、交联剂和引发剂的用 量、反应温度等因素对树脂吸液性能的影响。
  
  . 2扫描电镜分析将所制备样品研细,喷金处理,并用QUANTA200型环 境扫描电子显微镜观察表面形态。
  
  1.4吸水倍率的测定采用自然过滤法[6]测定吸水倍率。称取约0.10g树脂于 烧杯中,加人一定量的去离子水(或0.9% NaCl溶液),吸水 达到饱和后,用120目筛子过滤。静止30min滤去多余水分, 称量凝胶质量,按式(1)计算吸液倍率:式中,Qw为吸蒸馏水倍率(g/g);Qs为吸0.9%NaCl溶 液倍率(g/g);M,为饱和吸水时凝胶质量(g);M?为树脂干重 (g)〇
  
  2结果与讨论2.1交联剂用量对吸液性能的影响实验中以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,研究了 交联剂用量对高吸水性树脂吸水率的影响,如图1所示,当交 联剂用量(相对于单体的质量百分数)小于0.1 %的时候,树脂 的吸水倍率及吸盐水倍率都呈上升趋势;当交联剂浓度在 〇? 1%时树脂的吸水倍率及吸盐水倍率具有最大值;当交联剂 用量大于0.1%时,吸水及吸盐水倍率下降。这是由于交联剂 用量过大时,交联密度大,网络点之间的分子量小,溶胀时不 易扩张,树脂所能容纳的液体量减少,所以吸水率降低。当交 联剂用量过低时,形成的交联点太少,根据Flory^凝胶理论, 交联剂用量小,聚合物的交联度不够,不能形成足够的三维网 络,所以吸水率也相对降低。
  
  图1交联剂含量对吸水率、图2中和度对吸水率, 吸盐水率影响吸盐水率的影响2.2中和度对吸液性能的影响中和度对高吸水性树脂吸水率,吸盐率的影响见图2,由 图2可见,中和度为70%?75%时产品的吸去离子水及 0.9% NaCl溶液倍率最高,高于或低于此范围时吸液倍率都 呈下降趋势。这是由于丙烯酸的活性大于丙烯酸盐,丙烯酸 含量越高,聚合速度越快,甚至发生自聚合,反应不容易控制, 易形成少量高度交联的凝胶物,同时低分子量的聚合物增多, 使聚合物的溶解度增大;另外,丙烯酸盐含量低,聚合物链上 阴离子之间的斥力小,高分子网络空间伸展趋势减小,因此, 吸液倍率低;随中和度的提高,聚合物网络上固定电荷密度增 高,渗透压增大,耐盐性和吸水率都升高。但中和度过高,原 料反应活性低,不利于聚合,且分子链上羧基(-COO)增多,产 物水溶性增大,吸液倍率下降。虽然吸去离子水及〇。9%NaCl 溶液倍率随中和度的变化趋势大致相同,故综合考虑选取丙 烯酸中和度为扣%为最佳中和度。
  
  2.3 CMC用置剂对吸液性能的影响CMC含量对高吸水性树脂吸水率,吸盐率的影响见图3, 由图3可见,澳门威利斯人88038的适量加人提高了吸液倍率。 这是由于澳门威利斯人88038高分子链上含有大量亲水性基团- OH和-COOH,具有多毛细管性质和大比表面积,使得空间网 络交联点进一步增加,当与亲水性单体丙烯酸、丙烯酰胺和对 苯乙烯磺酸钠有效接枝后,能形成大的网络结构,能够吸取和 保住水分。但澳门威利斯人88038过多时,导致交联点过多,反而 降低树脂凝胶强度,吸水后变成水溶性,吸水倍率反而下降。 当羧甲基纤维素加人量为单体总质量9.0%时,吸液倍率最 高。随着澳门威利斯人88038占总单体质量的改变,吸水树脂的 吸水(盐)性先增加在9. 0%达到最大,然后再减小。
  
  图3 CMC含量对吸水率,图4反应温度对吸水率,吸盐水率的影响吸盐水率的影响2.4反应温度对吸液性能的影响反应温度对高吸水性树脂吸水率、吸盐率的影响见图4, 由图4可见,树脂吸水和盐水倍率随反应温度的变化趋势基 本相同,都出现两个极大值。在实验过程中发现,当环境温度 高于70T:时,反应速度增加,反应完全,产率高。但当反应温 度过高,反应所放出的热量难以散发,容易造成暴聚,反应体 系的温度低于70C时,反应温度很低,自由基活性较低,引发 剂分解速度相对也低,因此产生的自由基浓度较低,链转移反 应不能顺利进行,反应速率慢,致使单体反应不完全,产率较 低。因此,反应温度过高或过低都会使树脂的性能变差。从 节约能源、降低产率成本、等因素综合考虑,反应温度应控制 在70C较合适,即最佳反应温度为70°C。
  
  2. S SSS添加量对吸水树脂吸水倍率的影响SSS含量对高吸水性树脂吸水率,吸盐率的影响见图5 , 由图5可见,在AA用量为8g,AM用量为8g,交联剂用量为 〇。〇〇8g,引发剂用量为0? 16g,反应温度为70T:的条件下,随 着SSS用量的增加,吸蒸馏水倍率和吸盐水倍率均存在最大 值(分别为980g/g、103g/g)。这是由于SSS上含有大量磺酸 基团,磺酸基是强亲水基团,磺酸基团增加吸水能力增强;SSS 用量超过一定值时,由于聚合物间交联度过大,网络孔径变 小,反而使吸水倍率下降。因此,本工作AM用量以20%为最 佳。当SSS用量超过20%时,吸水吸盐水倍率均下降随着 SSS含量的增加,AA含量相对减少,Na+浓度降低,从而引起 树脂网络内外渗透压下降,吸液倍率降低。
  
  2.6引发剂用量对吸液性能的影响以过硫酸钾问引发剂,研究了引发剂用量对对高吸水性 树脂吸水率,吸盐率的影响见图6,由图6可见,树脂吸去离子 水倍率随引发剂用量的增加出现先增加后减小的趋势;吸 0. 9%NaCl溶液倍率随引发剂用量变化的趋势和吸水倍率曲线基本相同,当引发剂用量为2%时,吸水和盐水倍率都达到 最大值,高于或低于2%时,都呈减小趋势。这是由于当引发 剂用量较少时,引发剂的分解速率较低,能发生聚合反应的活 性位点较少,链引发反应缓慢,单体转化不完全,且交联反应 也不易进行,聚合物未能形成三维网络空间结构,在宏观上表 现为水溶性,所以吸液率低当引发剂用量大于2%时,引发剂 的分解速率较大,聚合反应的总速率较大,反应不易控制,易 发生暴聚,得到的树脂平均相对分子质量较大,产物吸水率和 吸盐水倍率较低。
  
  图5对苯乙烯磺酸钠用量图6引发剂用量对吸水率, 对吸水率,吸盐水率的影响吸盐水率的量影响2.7不同时间的吸水量不同时间的吸水量如表1所示,由表1可见,通过测试吸 水树脂对蒸馏水、自来水、生理盐水的吸水倍率分别为980g/g、 409g/g、96g/g。对蒸馏水3次测得的吸水倍率分别为970g/ g、816g/g、626g/g。第3次吸水倍率为第1次的64. 6%,这说 明吸水树脂的重复吸水性比较好,但较第1次下降较多,一部 分原因是在回收吸水凝胶时有损失,另外,可能是由于树脂在 吸水膨胀过程中,部分聚合物分子溶解于水中使聚合物总量 减少,且吸水凝胶在反复干燥过程中一部分聚合物发生分解, 吸水树脂的网络结构有所变化,从而导致吸水倍率下降[8]。
  
  表1不同时间吸水树脂的吸水量时间/min153052678297吸水量/g3734555175577729802.8树脂的FT-IR分析高吸水性树脂的FT-IR谱图见图7,由图7可知, 3240cm-1附近的OH或N-H振动吸取峰,2944CHT1处的C- H对称伸缩振动峰? 167〇Cm_i处的-CONH2中羰基吸取峰, lSSScnT1处的-COO中羰基的反对称伸缩振动峰 3423. 940IT1处为共聚物仲氨基的特征峰,1670. AZcrtT1处为 酰氨基C = 0的伸展振动峰。llSY.C^cnT^lUr.McnT1、 1039. 48cm—1、1009. 4cm-1处为磺酸基团-SO3 H的吸取峰, 1408. 90cm—1、1455. 52cm—1、1323. 38cm—1 处为羟基(面内)吸 收峰JQAZcnT1处的吸取峰为亚甲基的伸缩振动峰,在聚合物 分子上有酰氨基、羟基和磺酸根的存在,由此可知,AM、AA、 SSS与澳门威利斯人88038大分子链发生了聚合。所用原料的特 征吸取峰在产物的红外光谱中均有所体现,表明实验制得的 产物接枝聚合效果良好。
  
  2.9树脂的SEM分析图8是水溶液聚合法高吸水性树脂粉末的SEM图,可以 看出:A图为放大倍数500倍时观察到的树脂照片,B图放大图7澳门威利斯人88038-对苯乙烯磺酸钠/聚丙烯 酸-丙烯酰胺吸水树脂红外光谱图倍数到1〇〇〇倍后树脂的局部照片。从这两张照片均能看到, 纤维素接枝高吸水树脂表面有大量小而密的孔洞,可以更好 的发挥毛细管作用,增强吸水和保水能力。
  
  图8高吸水性树脂的SEM图3结论(1)以澳门威利斯人88038CMC为原料,AM、AA、SSS为共 聚单体,采用水溶液聚合法制备了 CMC接枝AM/AA/SSS 吸水树脂。最佳反应条件为:澳门威利斯人88038用量1.44g,AA 用量8g,AM用量8g,SSS用量4g,引发剂用量0? 16g,交联剂 用量0.008g,反应温度70T;。在此条件下,试样的吸蒸馏水 倍率为980g /g,吸盐水倍率为103g /g。
  
  (2)FT-IR分析表明,所合成的高吸水性树脂具有目标 结构。
  
  (3)SEM结果表明,树脂的表面有大量的孔洞有利于水 快速扩散进人树脂颗粒内部而提高吸水速率。
 
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