水溶液法制备丙烯酸类吸水性树脂

1、水溶液法制备丙烯酸类吸水性树脂 专业方向课程设计 学 院： 化学化工学院 专 业:高分子材料与工程 班级: 0801学号:200806190112 学生姓名： 郭呈毅 导师姓名： 黄先威 刘拥君 刘艳丽 禹新良 完成日期： 2011年 7 月 4 日 课 程 设 计 任 务 书 学院： 化学化工学院 专业： 高分子材料与工程 班级： 0801 姓名： 郭呈毅 同组人员姓名： 肖志明 指导教师： 黄先威 刘拥君 刘艳丽 禹新良 教研室主任： 黄先威 教学副院长： 陈建芳 1 目 录 1.摘要-1 2.关键词-1 3.前言-1 4.实验-13 41实验材料 -1 411主要实验材料和试剂-12 4

2、12主要大型实验仪器-2 4.2 实验方法-23 421 试验设计-2 422合成方法-23 5.结果与讨论-36 51引发剂用量对树脂吸水倍率的影响-3 52 还原剂用量对树脂吸水倍率的影响-34 53交联剂用量对树脂吸水倍率的影响-45 54起始反应温度对树脂吸水倍率的影响-5 55中和度对树脂吸水倍率的影响-56 6.结论-6 7.参考文献-6 8.附录-12 1 1.摘要：本实验运用溶液聚合法，采用丙烯酸，氢氧化钠作为主要反应试剂并添加过硫酸铵(引发剂)；亚硫酸氢钠(还原剂)；N,N-亚甲基双丙烯酸酰胺(交联剂)制取丙烯酸类高吸水性树脂，并研究了引发剂用量、还原剂用量、交联剂用量、活性

3、炭用量、中和度、起始温度这六个因素，进行六组测定自来水吸水速率的实验，找出最优条件。 2.关键词：丙烯酸系高吸水性树脂；溶液聚合法；吸水倍率；丙烯酸 3.前言： 高吸水树脂是近年开发出来的一种含有强亲水性基因，并具有一定交联度的功能性高分子材料。美国农业部北方研究所Fanta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了吸水性聚合物的研究。其后，Fanta等在论文中提出了“淀粉衍生物的吸水性树脂具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，这些都超越了以往的高分子材料”的研究成果。此研究指出了高吸水性树脂的两个显著特点：高吸水性和高保水性。此树脂最初在Henkel Corporation工业

4、化获得成功，其商品名为SGP，从此开始了高吸水性树脂的发展。随后，美国GrainProcessing，Gerenral MillsChemical，Hereules，National starch，日本住友化学，花王碱业，三洋化成工业等公司纷纷开展了研究和开发高吸水性树脂的工作。 高吸水性树脂不同于传统的吸水性材料如海绵、纸、棉等16J。高吸水性树脂应用广泛，主要应用于卫生用品、农业方露，如土壤改良，农林园艺中育苗保苗，使灌溉节水并能提高农作物产量。值得一提的是：1983年，将高吸水性树脂应用于婴儿纸尿布，首先在日本问世，从此，推起了高吸水性树脂生产和研究的大高潮，世界各公司纷纷扩大生产，增加

5、研究和生产力度。至今，高吸水性树脂仍大量用于纸尿布、卫生用品等方面。而我国目前主要依赖于进口高吸水性树脂来生产纸尿布，卫生用品等，可见我国进一步开拓开发高吸水性树脂潜力很大。 聚合方法主要有：本体聚合法、溶液聚合法和反相悬浮聚合法等。本体聚合法由于反应热难以排除，加上聚合物出料难，用于实验室合成偏多。反相悬浮法以溶剂(油相)为分散介质，水溶性单体在悬浮剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合反应溶液聚合法反应单体和引发剂等在适当的溶剂中进行聚合，聚合工艺简单，单体转化率高，吸水能力和保水能力强，最主要是制备工艺具有物耗低、能耗低、污染小的特点，是一种符合环保节

6、能的制备方法，特别适合于工业化生产。本实验主要采用溶 1 液聚合法来合成丙烯酸系高吸水性树脂。 4.实验 41 实验材料 411 主要实验材料和试剂 丙烯酸 工业品 中国(平顶山)神马集团 氢氧化钠 分析纯 汕头光华化学厂 过硫酸铵 分析纯 洛阳化学试剂厂 亚硫酸氢钠 分析纯 汕头光华化学厂 N，N一亚甲基双丙烯酸铵 分析纯 汕头光华化学厂 412 主要大型实验仪器 SHZD III循环水式真空泵 巩义市英峪予华仪器厂 数显无机电动搅拌器 巩义市英峪予华仪器厂 电动搅拌机调速器 天津市二十八中仪器厂 HHS型恒温油浴 金坛市华峰仪器有限公司 1002型电子天平 上海精密科学仪器有限公司 AUY

7、220型岛津分析 天平岛津(香港)有限公司 GZXGFl011一SII电热恒温鼓风干燥箱 上海贺德实验仪器有限公司 网筛(20100目) 上海实验仪器总厂 4.2 实验方法 421 试验设计 本实验运用溶液聚合法，该方法制作简单，环保无污染；采用丙烯酸作为主要反应试剂，氢氧化钠作为反应助剂，生成共聚型的高分子吸水性树脂；并添加过硫酸铵作为引发剂，形成三聚物；亚硫酸氢钠作为还原剂，N，N一亚甲基双丙烯酸酰胺作为交联剂制取聚丙烯酸类高分子吸水性树脂。 本实验采用自然过滤法： Q=W2/W1,W1一干凝胶质量(g)，W2-吸水后凝胶质量(g)，Q一吸水倍率(g/g) 然后通过分别改变六个因素，进行六

8、组测定自来水吸水速率的实验。每组实验中不断改变其中一个因素，固定其它五个因素，找出每组中得到吸水倍率最高的因素，最后得到最优条件。 422 合成方法 前四组的合成方法：将325769丙烯酸试剂与氢氧化钠溶液(固体氢氧化钠1820g溶于55719水中)中和至pH7075，多出的氢氧化钠溶液称量后补加同样质量的水， 2 然后再加入10846g丙烯酸试剂和16284g水，进行搅拌。搅拌1h后过滤。滤液分为六份，每份为200g，待制反应混合液。然后按顺序依次加入还原剂，交联剂，引发剂。混匀后装袋，放入水浴槽中，升温，反映结束后，取出降温，取中间部分粉碎，置于烘箱 （145C）中，5h后取出。待降温后，

9、进行研磨，称取上述PAAAM(60100目)050g于烧杯中，加入大量自来水，8h后用自制尼龙袋过滤并静置30min，称量凝胶质量W2，计算吸水倍率Q。第五组的合成方法：将32579丙烯酸试剂与氢氧化钠溶液(固体氢氧化钠18209溶于5571水中)中和至pH7075，多出的氢氧化钠溶液称量后补加同样质量的水，分为六份，然后分别再加入丙烯酸试剂2959g；2355g；1832g；1374g； 970g；611g， 以及水1775g；1413g；1099g；824g；582g；367g，再进行搅拌。混匀后，滤液分为六份，每份为170g，搅拌1h后过滤，待制反应混合液。后面的部骤与前四组相同。 0

10、5.结果与讨论 51 引发剂用量对树脂吸水倍率的影响 图51引发剂用量对树脂吸自来水的影响 从图5一l中可以看出，引发剂用量增加，凝胶形成时间明显降低，产物吸水率出现峰值，在引发剂量为064 g时吸水率达到最大 这是因为引发剂用量少，活性中心少，聚合速度慢，导致了交联度的降低，吸液率减少；如果引发剂量太多，则聚合速度太快，副交联反应增加，导致交联度过大，吸液率也降低。 52 还原剂用量对树脂吸水倍率的影响 3 图5-2还原剂用量对树脂吸自来水的影响 从图52中可以看出随着还原剂用量的增加，吸水倍率先升高后降低，当还原剂用量为12g时，吸水倍率达到最高，当还原剂过低，引发剂分解过快，反应无法控制

11、，造成暴聚，粘壁现象；当还原剂用量过高，自由基分解速度低，只有当还原剂用量为12 g时反应平稳，放热温和，无暴聚和粘壁现象。 53 交联剂用量对树脂吸水倍率的影响 图5-3交联剂用量对树脂吸自来水的影响。 从图33中所示随着交联剂用量的增加，吸图蛐起始反应温度对树脂吸自来水的影响水倍率一直降低，当交联剂用量为016g时，吸水从图35中可以随着反应温度的上升，吸水倍率达到最高，为995gg。交联剂用量继续增加时倍率先增大随后一直减小，反应温度为40时，吸水倍率不断降低。交联剂用量的大小，决定了树吸水倍率达到最高。当反应温度再增加，吸水倍率脂空间网络的大小，从而对树脂的吸液率有很大一直 4 下降。

12、聚合温度太高，反应速度过快，易造成影响。可以看出，交联剂用量过低时，交联度较低， 暴聚，造成产物粘连，贴壁现象。聚合温度过低，则聚合物部分溶解，吸液率很低；交联剂用量过高聚合反应速度较慢，聚合时间过长，聚合效率低。时，由于树脂交联密度过大，空间网络小，吸液率36中和度对树脂吸水倍率的影响也减小。当交联剂用量占单体量为0005时，由于形成交联适宜的空间网状结构，因此吸液率达到最大。 54 起始反应温度对树脂吸水倍率的影响 图5-4起始反应温度对树脂吸自来水的影响 从图54中可以随着反应温度的上升，吸水倍率达到最高，为995gg。交联剂用量继续增加时倍率先增大随后一直减小，反应温度为40时，吸水倍

13、率不断降低。交联剂用量的大小，决定了树吸水倍率达到最高。当反应温度再增加，吸水倍率脂空间网络的大小，从而对树脂的吸液率有很大一直下降。聚合温度太高，反应速度过快，易造成 影响。可以看出，交联剂用量过低时，交联度较低， 暴聚，造成产物粘连，贴壁现象。聚合温度过低，则聚合物部分溶解，吸液率很低；交联剂用量过高聚合反应速度较慢，聚合时间过长，聚合效率低。 55 中和度对树脂吸水倍率的影响 5 图5-5中和度对树脂吸自来水的影响 如果中和度较低，则聚合物网络结构上的离子浓度较小，产生的渗透压小，吸水率低随着中和度的增加，离子强度增加，聚合物吸水率上升；但中和度过高时，网络结构上的离子浓度较大，水分子和

14、离子之间的氢键多而强，但由于氢键具有方向性，用氢键结合的水分子在空间有一定的取向，相邻的氢键彼此干扰，此外，相邻的带羧基基团也相互排斥，限制了链的自由运动，使聚合物的微孔不能充分发挥其贮水能力，因此聚合物的吸水率下降 由图5-5可见当丙烯酸的中和度为75时最好。 6.结论 本研究就水溶液法合成丙烯酸系高吸水性树脂的影响因素进行了探索，对合成高吸水性树脂进一步研究有着十分重要的意义。此方法合成的产品活性高，耐盐性好，制作简单。产品使用后长期置于空气中能够自行降解，绿色环保，无毒。产品有广泛用途，并且市场前景好。 通过实验确定了采用水溶液法用丙烯酸合成高吸水性树脂的最优工艺条件。 丙烯酸作为主要反应试剂，氢氧化钠作为助剂，并添加过硫酸铵(引发剂)；亚硫酸氢钠(还原剂)；N，N一亚甲基双丙烯酸酰胺(交联剂)制取聚丙烯酸类高吸水性脂。当在引发剂用量为06369g；还原剂用量为12029g；当交联剂的用量为01605g；起始反应温度为40，中和度为75时制得的共聚型高分子吸水性树脂，它对自来水的吸水倍率最高。 6 7.参考文献 【1】邹新禧超强吸水剂【M】北京化学工业出版社，20021:284-296 【2】陈伊，朱靖.丙烯酸系高吸水性树脂的合成研究【J】.化工中间体.2009,06:57-61. 【3】