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黄原胶接枝丙烯腈制备耐盐型高吸水性树脂的研究

发布日期:2015-05-28 12:16:25
高吸水性树脂(Super Absorbent Resin ,简称 SAR),是一类具有强吸水能力的特殊功能材料,能 在短时间内吸取自身质量几百甚至数千倍的水,并 且具有优良的保水性能,因此被广泛应用于农林业、 工业、建筑、医药卫生及日常生活等方面[°。目前应 用比较广泛的是生产成本较低的交联聚丙烯酸盐, 但这类树脂普遍存在着耐盐性差的问题,从而限制 了其应用与推广。因此提高这类树脂的耐盐性是亟 待解决的问题[2]。
黄原晈(Mirtlmn guro,XG),是一种多糖类生物 聚合物,无毒,可降解,其水溶液对K+、Na+、CaI+、 MSi+等盐类具有良好的耐受性。文在以往工作的 基础上,采用水溶液聚合法,以黄原胶为主要原料, 与丙烯腈接枝共聚制得了吸水倍率高、耐盐性好的 高吸水性树脂,探讨了影响树脂吸水倍率的因素,以 期得到一种价格低廉的,具有较高实用价值的耐盐 型高吸水性树脂™。
1实验部分
1.1试剂及仪器
黄原胶(XG),市售;丙烯腈(AN),工业级;氣氧 化钠,硝酸铈铵(CAN),N,N'-亚甲基双丙烯酰胺 (MBAA)、硝酸、无水乙醇等均为分析纯;氮气,普 氮。
傅立叶红外光谱仪(UV-265FW,日本岛津公
司)。
1.2制备过程
称取5g黄原胶粉,童取50mL水一并加人带有 电动搅拌、冷凝管、温度计及导气管的250 mL四口 瓶中,搅拌下用水浴加热至85尤,通人氣气并恒溫 30min ;之后降温至50冗,将一定量的丙烯腈滴加 到黄原胶溶液中,并加人适量引发剂(一定量的硝 酸铈铵溶解在一定量的1M硝酸溶液中)溶液,然 后加人适量亚甲基双丙烯酰胺。反应完毕 后用氢氧化钠溶液调体系至中性,加人适量无水乙 醇使其沉淀,接枝聚合物通过抽滤分离后在真空烘
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箱中60 1C下减压干燥至恒重,粉碎,过筛后得粒状 接枝产物[41。
1.3吸水率测定
称取一定量树脂置烧杯中,加人蒸馏水或NaCl 溶液,待吸取饱和后,在自制的尼龙网(孔径为0. 〇76imn)上静置5min,取下称重,以下式计算吸水倍 率 <?:<? = (W, - W0)/W0
W、,W。分别为树脂吸水前后的质量。
树脂对蒸馏水的吸取倍率用Qd表示,对0. 9% NaCl溶液的吸取倍率用Qs表示。
2结果与讨论
2.1单因素实验
2. 1. 1引发剂用量对树脂吸水倍率的影嘀
图1表明:引发剂与单体的质量比为0• 03:1 时,树脂的吸水倍率最高;引发剂与单体的质量比大 于或小于0.03:1时,树脂的吸水倍率都呈下降趋 势。这是由于随着引发剂的浓度的增大,其分解速 率也增大,因而总反应速率也提高,接枝活性中心随 之也增多,接枝率升髙,从而导致吸水倍率的提髙。 但当引发剂用量超过某一值后,活性链终止几率以 及丙烯腈的均聚反应几率增大,这对活性链的增长 很不利;反而由于总反迨速度往快,容易形成较多的 低分子量易溶于水的均聚物,因此导致吸水倍率降 低[5)。
w 0.010.020.030.040,050-06
iti{CAN):mCAN)
图1引发剂用置对吸水率的彩响
Fig. 1 Influence 〇<* amount of initiator on the swelling ratio of llie polymer
2.1• 2碱的用量对树脂吸水倍率的夥响
图2表明,Na〇H与AN的质量比为0.8:1 B寸, 树脂对去蒸馏水和9% NaCl溶液的吸取倍率均达 到最高;而当NaOH与AN的质量比高于或低于这 一值时,树脂的吸水倍率降低。这是由于黄原胶接 枝丙烯腈的共聚物带有疏水性的腈基,使得树脂几 乎没有吸水能力。必须加人Na〇H使-CN水解变 为亲水性的羧酸根,才能生成吸水性树脂。因此,随 着氢氧化钠用量的增多,羧酸根的含量增加,吸水倍 率增大。当碱与AN的质量比达到0.8:1时,水解 反应基本上结束,吸水倍率达到最大值。如果继续 加人氢氧化钠,则由于离子强度增加,从而导致吸水 倍串减小。
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0.80.9
® 2珀用置对吸水率的影响 Fig. 2 Influence 〇{ amount of alkali on swelling ratio of the polymer
2.1.3聚合温度对树脂吸水倍牟的影响
图3表明:聚合温度对树脂的吸水倍率有较大 的影响。温度的升高对黄原胶分子的溶胀有利,AN 单体易扩散到黄原胶分子周围参加接枝共聚反应。 当温度继续升高时,引发剂的分解速率升高,链引发 和链增长反应速率加快,因而吸水倍率增大。但温 度过高时,链转移、链终止及AN均聚反应几率增 大,使接枝率降低,同时形成较多易溶于水的均聚 物,因而吸水倍率降低。实验表明聚合温度以50T
为宜:6]。
12001 1100
300
377 _
2〇07年第29卷第5期
1100圆 g
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表面进人其内部,其吸水倍率反而降低。实验表明 交联剂与丙烯酰胺质量比为0.04:1时,树脂的吸水 能力达到最大m。
0,020.U30.040.05.tt.060,07
m{MBAA):iTv(AN)
图4交联剂用量对树脂吸水倍率的影响
Fig. 4 Influence of amount of cross - linking agent on ihe swelling ratio of the polymer
2.2树脂红外光谦分析
图5表明,树脂除保持黄原胶中官能团的吸取 谱带外,在1566cm-1及1416cm-1处出现了 -COOH 中羰基的特征吸取峰,在3423Cm_1处出现-OH P及 收峰,而黄原胶在PSScrtT1处出现的C - H吸取峰 在树脂的红外谱图中消失,表明黄原胶中的环状结 构在树脂中已不存在,说明黄原胶与丙烯腈发生了 接枝聚合反应。
3结论..
(i)本实验采用水溶液聚合法,以黄原胶和丙 烯腈为主要原料,通过接枝共聚所制得的高吸水性 树脂,具有较强的耐盐性,预期在农业、生理卫生等 领域具有较高的应用价值。
⑵研究得到的最佳反应条件为:m(CAN):m (AN)为 0.03:l,m(Na〇H):m(AN)为 0.8:1,反应温 度为MKMBAA) : m(AM)为0.04:1,此时所制 得的树脂,对蒸馏水的吸取倍率可达1156 g.g_\对 0. 9% NaCl溶液的吸取倍率达到SISg.gd。
 
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