粘土复合吸水性树脂合成方法的研究进展

刘闯　何聚　杨玲

摘 要：近年来，随着对高吸水树脂需求量不断增大，人们发现单一的高吸水性树脂不仅合成成本高、保水性能差并且凝胶能力和耐盐性都不理想。由于粘土具有可塑性、触变性、粘结性、烧结性、分布广泛等特点，因此，在合成高吸水性树脂的过程中加入一些粘土类物质会提高树脂的性能。该文综述了不同粘土复合吸水树脂合成方法的最新进展，介绍了粘土的特点以及不同粘土/复合吸水树脂吸液性能与合成方法。通过添加粘土以提高吸水树脂的耐盐性、吸水性和凝胶力仍是以后研究的重点。

关键词：粘土 吸水树脂 复合材料 改性

中图分类号：TQ317 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0108-02

1 海泡石对吸水树脂的影响及其合成方法

海泡石（ST）是一种天然镁质硅酸盐非金属粘土矿物，具有链状和层纤维状的过渡型结构，其特殊结构决定了它比其他粘土具有更高的反应活性、阳离子交换容量和吸附性能。

其合成方法主要有溶液聚合和反相悬浮聚合，不过日前有人尝试利用微波辐射、辉光放电电解等方法来提高吸水树脂的性能。栗海峰等[1]利用水溶液聚合法制备了海泡石粘土/聚丙烯酸（钠）高吸水保水复合材料，当海泡石粘土添加量在40%～60% 时，复合材料的重复吸水性能稳定。徐继红等[2]以 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和海泡石粘土（ST）为原料，采用微波輻射方法制备了ST接枝P（AMPS-co-AM）耐盐性高吸水性树脂，考察了海泡石用量、无机盐溶液金属离子价态和浓度对树脂吸水倍率的影响，研究了树脂的吸水速率和保水性能。马得莉等[3]采用辉光放电电解等离子体引发水溶液聚合反应合成了聚丙烯酸/海泡石吸水性树脂。结果表明，辉光放电电解等离子体能有效地引发丙烯酸和海泡石发生接枝反应，进而合成性能良好的吸水树脂。

2 硅藻土对吸水树脂的影响及其合成方法

硅藻土的主要矿物成分为蛋白石，并含有粘土，其价格低廉，合成成本低，有很好的市场应用前景。

合成方法除了利用溶液聚合和反向悬浮聚合以外，还有利用紫外光聚合。斯玛伊力·克热木等[4]人以丙烯酸、淀粉和硅藻土为原料， 使用自制的紫外光聚合装置合成了复合耐盐性高吸水树脂。在最佳试验条件下合成的高吸水树脂的吸去离子水率为3 66 5 g/g，吸生理盐水率（w=0.9%的NaCl水溶液）为280 g/g。陈建福等[5]以木薯淀粉、硅藻土、丙烯酸为原料，N，N`-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合法制备了木薯淀粉—硅藻土—丙烯酸复合高吸水树脂，吸水性树脂吸水、吸盐率分别为912 g/g、94 g/g。

3 膨润土对吸水树脂的影响及其合成方法

膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿。由于它具有特殊的性质：膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性，可广泛应用于各个领域。

合成方法除了溶液聚合法和反相悬浮聚合法，还有人利用微波辐射来合成高吸水树脂。姜雄等[6]以膨润土、聚丙烯酰胺为原料，采用溶液共混法制备膨润土/聚丙烯酰胺复合吸水保水材料，试验表明：膨润土与聚丙烯酰胺用量质量比为8∶2时，制备的材料吸水、吸盐和保水性能均良好。程志强等[7]以膨润土（BT）和丙烯酸（AA）为原料，在微波辐射下合成PAA-Na/BT复合高吸水树脂，当AA/BT质量比为8/1，该复合高吸水树脂的吸蒸馏水最高倍率是1 312 g/g，吸生理盐水最高倍率是320 g/g。

4 伊利石对吸水树脂的影响及其合成方法

伊利石是常见的一种粘土矿物，常由白云母﹑钾长石风化而成，并产于泥质岩中，或由其他矿物蚀变形成。它常是形成其他粘土矿物的中间过渡性矿物。

目前对于加入伊利石的高吸水性树脂合成方法仅仅局限在溶液聚合。程争光等采用水溶液聚合法制得伊利石/聚丙烯酸钠高吸水复合性材料。在优化工艺条件下， 产品吸自来水倍率可达285.7，吸盐水倍率可达79.7。凌辉等利用丙烯酸、丙烯酰胺和伊利石为原料，采用溶液聚合法合成伊利石/丙烯酸-丙烯酰胺高吸水复合材料。

5 凹凸棒土对吸水树脂的影响及其合成方法

凹凸棒土是一种含水富镁铝的层状硅酸盐矿物，具有与其他种类粘土不一样的晶体构成和反应活性，使它在复合材料领域得到了广泛关注与应用。

其合成方法除了较为常见的溶液法和反向悬浮法，还有冷冻法和微波辐照法。胡涛等采用反相悬浮聚合法制备了纯化凹土/聚丙烯酸钠高吸水复合树脂，当纯化凹土的添加量为12.5 %，中和度为60 %，交联剂用量为0.15 %，引发剂用量为0.5 %，此时吸水和吸盐水率较高，1 h后吸蒸馏水率为877 g/g，吸盐水率为98 g/g。陈红等将凹凸棒石粘土经冷冻和碾压处理后，通过水溶液聚合法制备了羧甲基纤维素接枝聚丙烯酸/凹凸棒石复合高吸水性树脂，考察了冷冻和碾磨处理对ATP的形貌，理化性质及对复合高吸水性树脂的吸水倍率和吸水速率的影响。

6 埃洛石对吸水树脂的影响及其合成方法

埃洛石是一种沉积的铝硅酸盐化合物，它是由高岭土片层在天然条件下卷曲而成的，拥有无数细细的管状或纤维状晶体。

对于加入埃洛石的合成方法有溶液聚合和反相悬浮法。梁蕊等以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇为原料，合成了半互穿的水凝胶复合材料。张艳锴等以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇为原料采用水溶液聚合法合成了吸水倍率为2 077 g/g的埃洛石-聚乙烯醇/聚（丙烯酸-丙烯酰胺）高吸水树脂。

7 结语

近些年来，由于粘土加入到吸水树脂中的成本相对较低，吸水性较好和机械性能显著等原因，应用广泛，研究进展较快。在未来的几年中不仅提高粘土/聚合物吸水树脂的吸水性、耐盐性和凝胶力是研究重点，而且把它们应用在重金属、染料、污水的吸附和提高混凝土的耐久性中，也将会成为热点。

参考文献

[1] 栗海峰，范力仁，徐志良，等.海泡石矿物含量对海泡石/ 聚丙烯酸（钠）复合材料吸水保水性能的影响[J].高分子材料科学与工程，2009，25（1）：59-62.

[2] 徐继红，谭德新，李忠，等.海泡石接枝 P（AMPS-co-AM）高吸水树脂的合成及性能[J].精细加工，2013，30（1）：17-21.

[3] 马得莉.辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸/粘土类复合吸水性树脂及其性能研究[D].西北师范大学，2011.

[4] 斯玛伊力·克热木，买买提江·依米提.丙烯酸-淀粉-硅藻土复合耐盐性高吸水树的紫外光引发合成及其性能[J].功能高分子学报，2010，23（2）：166-171.

[5] 陈建福，庄远红，郑海燕，等.木薯淀粉-硅藻土-丙烯酸复合高吸水树脂的制备[J].合成树脂及塑料，2013（4）：36-39.

[6] 姜雄，铁生年.膨润土/聚丙烯酰胺复合吸水保水材料的制备及性能研究[J].硅盐酸通报，2014，33（4）：731-735.

[7] 程志强，马琦，康丽娟，等.微波辐射合成聚丙烯酸钠/膨润土复合高吸水树脂结构及性能研究[J].中国塑料，2012（5）：58-63.