丙烯酸高吸水性聚合物的室温原位合成与吸_释水性能研究.pdf

第 卷第期陕西科技大学学报V o l N o 年月J o u r n a l o fS h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y A u g 文章编号:X()丙烯酸高吸水性聚合物的室温原位合成与吸/释水性能研究刘森彪,朱建锋,杜之琳,张彪(陕西科技大学 材料科学与工程学院(文物保护科学与技术学院)陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室,陕西 西安 )摘要:以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酰胺 甲基丙磺酸(AMP S)为单体,N,N 亚甲基双丙烯酰胺(NMB A)为交联剂,过硫酸铵(NH)SO)与硫代硫酸钠(N aSO为氧化还原引发剂,氢氧化钠(N a OH)为中和剂,采用自由基水共聚法在室温下制备出了丙烯酸高吸水性聚合物(S A P)采用F I I R、G P C、T G、S EM等测试手段对合成产物进行了分析与表征,探究了交联剂对其性能的影响结果表明:生成的S A P在 以下未发生分解,具有良好的热稳定性;交联剂含量为 时吸水倍率最大,为 g/g,且在 下 h干燥,比水分自由蒸发水分持有量高 ,循环吸水五次后仍可稳定达到 g/g以上的吸水倍率关键词:高吸水性聚合物;交联剂;自由基水共聚法;保水性能中图分类号:T Q 文献标志码:AS t u d yo n i n s i t ur o o mt e m p e r a t u r e s y n t h e s i s a n dw a t e r a b s o r p t i o n/r e l e a s ep r o p e r t i e s o f a c r y l i c s u p e r a b s o r b e n t p o l y m e rL I US e n b i a o,Z HUJ i a n f e n g,DUZ h i l i n,Z HANGB i a o(S c h o o lo fM a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g(S c h o o lo fA n t i q u i t i e sP r e s e r v a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y),S h a a n x iK e yL a b o r a t o r yo fG r e e nP r e p a r a t i o na n dF u n c t i o n a l i z a t i o n f o r I n o r g a n i cM a t e r i a l s,S h a a n x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,a c r y l i cs u p e ra b s o r b e n tp o l y m e r(S A P)w a ss y n t h e s i z e sb yt h ef r e er a d i c a lw a t e rc o p o l y m e r i z a t i o nm e t h o da t r o o mt e m p e r a t u r ew i t ha c r y l i c a c i d(AA),a c r y l a m i d e(AM),a c r y l a m i d e m e t h y l p r o p a n e s u l f o n i c a c i d(AMP S)a s t h em o n o m e r,N,N m e t h y l e n e b i s a c r y l a m i d e(NMB A)a s t h e c r o s s l i n k i n g a g e n t,a mm o n i u mp e r s u l f a t e(NH)SO)a n ds o d i u mt h i o n o s u l f a t e(N aSO)a s t h e r e d o x i n i t i a t o r,s o d i u mh y d r o x i d e(N a OH)a s t h en e u t r a l i z i n ga g e n t T h ea s p r e p a r e dp r o d u c t sw e r ea n a l y z e da n dc h a r a c t e r i z e d收稿日期:基金项目:国家重点研发 计划项目(Y F C );国家自然科学基 金项目();中国博士后科学 基金 面 上 项 目(M );陕西省教育厅重点科研计划项目(J Y )作者简介:刘森彪(),男,陕西渭南人,在读硕士研究生,研究方向:高吸水树脂、文物保护通讯作者:朱建锋(),男,甘肃静宁人,教授,博士,研究方向:材料绿色制备、文化遗产保护材料,z h u j f s u s t e d u c n第期刘森彪等:丙烯酸高吸水性聚合物的室温原位合成与吸/释水性能研究b yF I I R,G P C,T Ga n dS EM,a n d t h e e f f e c t o f t h e c r o s s l i n k e r o np r o p e r t i e s f o rS A Pw a s a l s oi n v e s t i g a t e d T h er e s u l t s h o w s t h a t t h eu n d e c o m p o s e dS A Ph a sg o o dt h e r m a l s t a b i l i t yu n d e r Wh e nt h ec o n t e n to f c r o s s l i n k e r i s ,t h ew a t e ra b s o r p t i o nr a t ec o u l dr e a c ht h em a x i m u mv a l u e(g/g)A f t e rd r y i n ga t f o r h o u r s,t h ew a t e rh o l d i n gr a t er e a c h s ,w h i c hi sh i g h e rt h a nt h a to ff r e ee v a p o r a t i o no fw a t e r A f t e rf i v ec y c l e so fw a t e ra b s o r p t i o n,t h ew a t e ra b s o r p t i o nr a t ec o u l ds t i l l r e a c hm o r e t h a n g/gs t a b l y K e yw o r d s:s u p e r a b s o r b e n tp o l y m e r;c r o s s l i n k e r;f r e e r a d i c a lw a t e r c o p o l y m e r i z a t i o n;w a t e rr e t e n t i o nc a p a c i t y引言高吸水性聚合物(s u p e ra b s o r b e n tp o l y m e r,S A P)是指一种三维网络聚合物,可吸收数千倍于自身重量的蒸馏水,具有吸水膨胀和遇水不溶等性质 因此,S A P由于其自身优异的物理化学性质而被广泛应用于农业、生物医学、日常生理产品、分离 技 术 和 废 水 处 理 等 各 个 领 域 年,R u s s e l l等通过将丙烯腈接枝到淀粉上,首次制备出S A P随后,国内外大量专家学者对S A P的成分、结构和性能进行了大量研究,其中丙烯酸类高吸水树脂应用与研究最为广泛 在国外,A s k a r i等 在芳香烃中采用反向悬浮聚合法制备了丙烯酸高吸水树脂,聚合过程需要在氮气环境下升温至;K a b i r i等 以丙烯酸和 丙烯 酰 胺 甲 基 丙 烷 磺 酸 为 单 体,通 过 在 水溶液聚合法制备醇特 异性超吸水 凝胶;T o m a r等 以丙烯酸、丙烯酰胺为单体,采用射线辐射法合成了一系列高吸水性水凝胶,并探究了其溶胀性能在国内,王伟刚等 以丙烯酸为单体加入交联剂、引发剂等,采用超声辐射技术合成聚丙烯酸钠高吸水树脂;宋学锋等 在混凝土中室温原位生成了AA AAN a AM吸水性树脂,但反应需要红外辐射引发;谭德新等 以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酰胺 甲基丙烷磺酸(AMP S)为单体,在不加引发剂和无氮气保护的情况下,微波辐射合成AA/AM/AMP S三元共聚高吸水性树脂当今许多S A P的合成方法都需要特定的外界条件 引 发 本 文 以 丙 烯 酸(AA)、丙 烯 酰 胺(AM)、丙烯酰胺 甲基 丙 磺 酸(AMP S)为 单体,通过自由基水共聚法室温原位合成出吸水能力强、保水强度高、具有三维网络结构的S A P同时,利用氧化还原反应降低交联反应所需的活化温度,以达到绿色化学合成,降低合成过程中的能耗以及对环境的影响实验部分 实验原料丙烯酸(AA,C H O,A R,购自上海阿拉丁);丙烯酰胺(AM,C H NO,A R,购自上海阿拉丁);丙烯酰胺基 甲基 丙烷磺酸(AMP S,C H NO S,A R,购 自 上 海 阿 拉丁);N,N亚 甲 基 双 丙 烯 酰 胺(NMB A,CH NO,A R,购 自天津市 科 密 欧 化 学 试 剂 有 限 公司);氢氧化钠(N a OH,A R,购自天津市天力化学试剂有限公司);过硫酸铵(NH)SO,A R,购自成都 市 科 隆 化 学 品 有 限 公 司);硫 代 硫 酸 钠(N aSO,A R,购自天津市天力化学试剂有限公司);实验过程中用水均为去离子水 高吸水性聚合物的制备称取氢氧化钠 g,溶于 m L去离子水中混合均匀,制成m o l/L的高浓度氢氧化钠中和溶液备用;在冰水浴条件下,用配制好的氢氧化钠溶 液 中 和AA,中 和 结 束 后 取 出,依 次 加 入 m L去离子水、gAM、gAMP S、不同含量(摩 尔 百 分 比 、)NMB A、g过硫酸铵和 g硫代硫 酸钠,每次搅拌澄清后再依次添加下一种试剂室温下反应三小时,得到含有水分的S A P,将其置于 烘箱中干燥,重量无变化后取出,粉碎得到粒状S A P备用 测试与表征 F T I R测试将样品破碎成粉末,过 目筛,将质量比为 的样品与溴化钾混合,采用压片法进行傅里叶变化红外光谱(F T I R,V e r t e x ,扫描范围 c m)测试 G P C测试用美国W a t e r s公司生产的W a t e r sG P C 陕西科技大学学报第 卷型号G P C凝胶渗透色谱检测仪进行测试测试条件:检测器:R I D P L S;色谱柱:P L g e lM I N E D BL S mm;检测温度:;流动相:四氢呋喃(TH F),m L/m i n S EM测试将部分样品加入过量去离子水,使S A P吸水饱和,网络结构打开后用液氮速冻,样品冻干后在扫描电子显微镜(S EM,F E T Y C )下观察S A P的三维网络结构 T G测试采用综合热分析仪(T G,S T A F)检测所制备S A P的热稳定性,测试温度范围 ,升温速率/m i n 吸水倍率与循环测试本文采用自然滤法,测定吸水倍率准确称取干燥后一定质量的S A P,放入烧杯中加入过量的去离子水,记录加入去