耐盐性吸水性聚丙烯酸盐树脂的制备和研究

黄锋　朱达

【摘要】研究了引发剂比例、交联剂用量对新型聚丙烯酸盐树脂凝胶吸水及吸盐水能力的影响。由实验得到制备耐盐性复合型聚丙烯酸盐树脂凝胶的适宜用量为纳米纤维素/AA=1/9（质量比）、纳米纤维素/引发剂=30、交联剂为AA的0.6%。

【关键词】纳米纤维素改性 纳米复合材料 耐盐性吸水树脂

一、机理阐述

聚丙烯酸盐树脂是交联型的聚电解质，这类电解质溶于极性溶剂中时，就会产生离解，产生羧基负离子和很多无机离子。羧基负离子则与大分子链相连，难以扩散到水中，导致主链均为带有负电荷的羧基负离子。不过，其间产生的排斥力会扩张网络结构。钠离子在水中自由移动，但因为受到网络骨架上相反电荷的束缚、吸引，使得离子只能存在于骨架之中，这样网络内部的离子浓度会大于外部阳离子浓度，导致离子内外产生渗透压，再加上聚电解质本身水合能力强，水会在很短的时间里大量地进入网络中。

高吸水性树脂的吸水能力可用Flory公式定量表示：

吸水能力主要与树脂的亲水性、电解质浓度及交联度有关。吸收盐水时，网络内外的渗透压降低，同时考虑同离子效应、盐效应及外部离子的存在，抑制了离子基团的离解，网络结构由扩展态转变为蜷曲态。非离子型的高吸水性树脂的吸水性对盐环境的抵抗性较强，故吸水速度更快，可利用纳米纤维素制备纳米复合型聚丙烯酸盐，使亲水离子多样化，提高吸水性树脂的耐盐性。

二、实验流程

1.纳米纤维素的碱化处理

首先，称取纳米纤维素；其次，将纳米纤维素在超声仪中充分震荡均匀；最后，将纳米纤维素与氢氧化钠在低温的条件下反应30min，生成碱纤维素

2.聚丙烯酸盐树脂的制备

首先，称取一定量的丙烯酸；其次，将碱化后的纳米纤维素与一定量的过硫酸铵及N，N′—亚甲基双丙酰胺加入丙烯酸中；最后，将上述混合液滴加到石英槽中，置于紫外光辐照聚合装置中进行光照，产物取出后无需任何处理，得条状凝胶，密封封存

3.测试

取产品试样0.1g，加入到1000mL的烧杯中，放入500ml的去离子水，再静置，每隔1小时，用尼龙筛网，滤沥15min，以除去未吸附的水，按照下式计算试样的吸水率，当其吸水率维持不变时，停止测试，用同样的方法，换去离子水为生理盐水，求吸液率。

三、结果分析

1.引发剂用量对凝胶吸水性能的影响

（1）步骤。首先，取九份质量相同的0.4000g的碱化后的纳米纖维素放入烧杯中，均匀搅拌各加入3mL的AA，再分别加入纳米纤维素与引发剂的比例为：5、10、15、20、25、30、35、40、45的过硫酸铵，再加入0.019g的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，最后滴加到石英槽中，在紫外光照下反应3小时。将产物置于100℃的电热鼓风干燥箱中烘干至恒重。之后，测量每块水凝胶的吸水率（均吸水9小时）。

（2）结果分析。此种树脂的吸水率随着引发剂用量的增大，先减少后增加，有一极大值。由实验结果可得，在纳米纤维素与引发剂的比例在30时可合成吸水率较高的吸水性树脂。

2.交联剂用量对水凝胶吸水性能的影响

步骤：取五份相同质量0.400g的碱化的纳米纤维素放入烧杯中，加入20mL的蒸馏水，搅拌均匀，均加入3mL的AA，再加入0.0140g的过硫酸铵；依次加入交联剂的用量是丙烯酸的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺；最后滴加到石英槽中，在紫外光照下反应3小时；反应结束后，测量每块水凝胶的吸水率。

在一定的范围内交联剂用量有一最佳值，当交联剂含量为AA的0.6%时吸水率达到最大。当交联剂用量少时，交联不完全，交联的密度低，形成聚合的网络结构对水的吸收能力较差，导致吸水能力下降，故吸水率低。当交联剂用量增加时，水凝胶的交联程度增大，可以形成网络结构，水分子可以进入网络结构中，故吸水能力增强。但超过最佳交联剂用量时，交联密度过大反而使水凝胶的吸水能力降低。

3.吸水性和吸盐水性

实验表明，反应9小时，聚丙烯酸盐吸水树脂会达到饱和吸水率（400%），11小时达到饱和吸盐水率（210%）。经过纳米纤维素复合后的聚丙烯酸盐树脂，对盐水具有了一定的吸收能力，具有较好的耐盐性。

四、结论

通过对纳米纤维素晶体的表面改性，能过改善其耐盐性。由实验可得最佳比例：纳米纤维素/AA=1/9（质量比）、纳米纤维素/引发剂=30、交联剂为AA的0.6%。

参考文献：

[1]徐博函.纤维素系吸水材料的制备及性能研究[D].北京林业大学，2008.

[2]龙明策，王鹏，郑彤.高吸水性树脂的合成及其应用[J].高分子材料科学与工程，2002.

[3]张小红等.改善高吸水性树脂性能的方法[J].广州化工，2002.