海藻接枝丙烯酸高吸水性树脂的制备及性能研究_图文

1、Vol 134No 11252化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第34卷增刊2006年12月作者简介:李仲谨(1946- , 陕西科技大学教授, 博士生导师, 主要从事高分子材料方面的研究。海藻接枝丙烯酸高吸水性树脂的制备及性能研究李仲谨王磊赖小娟杨连利(陕西科技大学化学与化工学院, 咸阳712081摘要采用海藻为原料与丙烯酸接枝共聚制备了高吸水性树脂。通过红外光谱(F T 2IR 分析了产物的结构。考查了丙烯酸中和度、丙烯酸用量、引发剂和交联剂的用量以及反应温度等各因素对产物吸水率的影响。结果表明, 所得树脂的吸水率可达618g/g , 吸盐水率(019%的N

2、aCl 水溶液 达到120g/g , 其吸水速率适中, 热稳定性和在室温下的保水性均较好, 是一种新的环保型高吸水性树脂。F T 2IR 初步表明了丙烯酸与海藻的接枝聚合作用。关键词海藻, 高吸水性树脂, 制备, 吸水性Study on synthesis of the superabsorbent acrylic acid Li Zhongjin Yang Lianli(College of chemist , Shaanxi University of Science &Technology ,Xianyang 712081superabsorbent polymer was synthe

3、sized with acrylic acid grafted on alga. The structure of thisproduct was analysed by IR. The effects of factors such as neutralization ,amount of graft monomer ,initiator and cross -linking agent and temperature on the superabsorbent polymer were discussed. The results showed that the absorbent a 2

4、bility of the resin was 618g/g for pure water and120g/g for 019%NaClsolution. Its thermal stability and the capability of keeping water in room temperature were good ,it is a new water 2absorbent with high performance. FT 2IR indicated that acrylic acid was grafted on alga.K ey w ords alga ,superabs

5、orbent polymer ,synthesis ,water absorbency高吸水性树脂, 是近年来国内外广泛开发研究的新型材料。利用无毒、可生物降解的天然高分子材料为原料与亲水性的乙烯基单体接枝聚合制备高吸水性树脂是目前研究的热点。海藻来源广泛、价格低廉, 具有良好的生物相容性、可降解性, 并富含易被农作物吸收的营养元素和调节植物生长的活性物质。本研究以天然海藻粉主要原料, 在适当的合成条件下, 与丙烯酸接枝聚合制得了吸水率高、耐盐性好的高吸水性树脂, 探讨了影响产物吸水率的因素, 并对产物进行了表征, 以期得到一种价格低廉, 可降解的, 在农业、生理卫生领域具有较高实际应用价值的

6、环保型高吸水性树脂。1实验部分1. 1原料及设备原料:海藻粉; 丙烯酸(工业级 , 北京东方化工厂; 氢氧化钠(AR , 西安化学试剂厂; 过硫酸钾(AR , 西安化学试剂厂; 环氧氯丙烷(A R , 西安化学试剂厂; 无水乙醇(A R , 西安化学试剂厂。设备:傅立叶红外光谱仪(UV 2265FW , 日本岛津公司。 增刊李仲谨等:海藻接枝丙烯酸高吸水性树脂的制备及性能研究1. 2高吸水性树脂的合成1. 2. 1海藻粉的活化分别称取5g 海藻粉和30mL 水加入三口烧瓶, 调p H 值至1113, 恒温水浴加热(温度为80左右 , 搅拌, 活化1h 后, 降温到50左右。1. 2. 2中和丙

7、烯酸在冰水浴的保护下, 用25%(质量分数 NaO H 溶液中和定量的丙烯酸至预定的中和度。1. 2. 3聚合反应 在N 2保护下, 将中和后的丙烯酸滴加到海藻粉液相中, 并加入引发剂过硫酸钾, 然后加入环氧氯丙烷的乙醇溶液, 温度升高至70, 反应24h ; 让聚合物沉降, 冷却后出料, 过滤, 洗涤, 取出后于90干燥3h , 粉碎, 即得产品。1. 3性能测试1. 3. 1吸水率测定 采用差重法测定吸水率。称取015g 样品置于1000mL 去离子水中(或019%NaCl 水溶液 , 在室温下静置吸水, 时, 用100目网筛滤去游离水, 水率。1. 3. 2称取015g 去离子水中, 吸

8、水不同时间后用, 测定吸水体质量得出吸水率与吸水时间的关系, 记录制表可得出吸水速率曲线。1. 3. 3保水性能测定(1 自然条件下的保水性能取大小相同的两个烧杯加入等量去离子水, 一个烧杯中加入高吸水性树脂, 树脂用量为将水全部吸收并保持膨胀; 另一个作空白实验, 将两烧杯分别称重并记录, 然后将两烧杯置于室温(1525条件下, 每天同一时间称重并记录, 与空白实验比较。 (2 高温条件下的保水性能将200g 高吸水性树脂的水凝胶置于烘箱中并保持在80。通过不同时间内测定其重量变化, 以研究树脂的热保水性能。1. 4高吸水性树脂的结构表征将海藻粉和产品制成K Br 压片, 进行红外吸收测量,

9、 记录4004000cm -1范围的红外光谱图, 比较分析2个谱图的差异和变化。2结果与讨论2. 1合成条件对产品吸水率的影响2. 1. 1聚合温度的影响由图1可知, 聚合温度为60左右时, 树脂吸去离子水和吸019%的NaCl 水溶液的吸液能力均能达到最大值。聚合温度较低时, 链引发反应缓慢, 聚合反应不完全, 导致交联度降低, 不能形成有效的体形网络结构, 吸水率下降。升高温度有利于聚合和交联反应的进行, 有利于形成适度交联的网状高分子, 可提高树脂的吸水率。但温度过高, 引发剂的分解速率过大, 导致聚合反应过快, 容易形成暴聚, 影响反应的平稳进行1。图1聚合温度对吸水率的影响2. 1.

10、 2丙烯酸单体与海藻粉配比的影响图2为丙烯酸(AA 单体与海藻粉配比对产品吸水能力影响的关系曲线。由图2可知, 随着AA 用量的增加, 产品的吸水能力出现增大, 当m (丙烯酸单体 /m (海藻粉 为6左右时, 吸水能力最大。此现象可解释为, 反应体系中存在着丙烯酸与海藻的接枝共聚和丙烯酸自聚这样两个平行的竞争反应。当配比6时, 自聚反应加速, 产品中均聚物较多, 其分子链之间缠结紧密, 其溶胀和吸水能力都低于共聚物。图2丙烯酸与海藻粉配比对吸水率的影响35 化工新型材料第34卷2. 1. 3丙烯酸单体中和度的影响 丙烯酸单体的中和度对产品的吸水能力影响较大(见图3 。这是因为丙烯酸单体活性很

11、高, 其聚合速率快于丙烯酸钠, 若中和度低, 聚合反应不易控制, 易形成高度交联的聚合物, 吸水能力下降。若中和度太高, 一方面减缓了反应速率, 使交联程度降低, 另一方面产物中钠离子含量增加, 导致吸水溶胀时树脂的交联网络内侧渗透压增高, 使吸水能力下降。从实验结果看, 丙烯酸单体的中和度以80%为宜。 图3中和度对吸水率的影响2. 1. 4引发剂用量的影响。由图4可知, 08时, , 聚合反应速率慢, , 不利于形成吸水网络; 而引发剂用量过大, 聚合反应速率很快, 导致聚合物的平均链长降低, 聚合物交联点之间的分子量过小, 使吸水能力下降。 图4引发剂用量对吸水率的影响2. 1. 5交联

12、剂用量的影响交联剂用量对产品吸水能力的影响见图5。当交联剂用量过低时, 得到的树脂的交联度低, 水溶性大, 不利于提高吸水能力2。但随着交联剂用量继续增加, 形成交联点过密的网状结构, 溶胀时网络不易扩张, 使树脂所能容纳的液体量减少, 由实验结果可知, 当交联剂与丙烯酸单体质量比为01027左右时, 树脂的吸水能力达到最大。图5交联剂用量对吸水能力的影响2. 2树脂的吸水速率树脂的吸水率与时间的关系如图6所示。由图可见, 树脂前3h 内吸水速度较快, 而后趋于平稳, 吸水量基本不变。该产品到达饱和吸水率的时间约为3h。图6树脂的吸水率与时间的关系2. 3树脂的保水性能本试验测定了高吸水性树脂

13、在室温下和80条件下的保水性能, 测定结果如表1所示。表1保水性的测定2001981971911821741112. 4树脂的红外光谱分析由图7可见, 海藻接枝丙烯酸后, 除保持海藻中海藻酸官能团的吸收谱带外, 在1566cm -1及1416cm -1处出现了2COO H 中羰基的特征吸收峰, 在3423cm -1处出现2O H 吸收峰, 而海藻在998cm -1处中出现的C 2H 弯曲振动吸收峰在吸水树脂的红外谱图中消失, 这可说明海藻中海藻酸的环状结构在高吸水树脂中已不存在, 由此充分说明海藻与丙烯酸发生了接枝聚合反应。(下转第58页45 化工新型材料第34卷另外Nb 5+的加入, 可以满

14、足电荷平衡相应产生Nb 5+2Fe 2+的离子对, 有利于填补材料内部的空位, 而这种电子对比较稳定,Fe 2+不会参与电子转移, 且由于共振频率升高, 样品受剩余损耗的影响减小, 导致比损耗因子降低。3结论综上所述, 适量的P 2O 5掺杂, 可以有效地改善MnZn 铁氧体的微观结构, 提高材料的起始磁导率。P 2O 5掺杂量为0110%时, 材料的起始磁导率达到最高为10345; 此后随P 2O 5掺杂量的继续增加, 材料的气孔率上升, 损耗增加, 起始磁导率下降。由于Nb 2O 5的细化晶粒作用, 能有效改善材料的频率特性, 降低材料损耗, 磁导率稍有降低; 但当添加质量分数01005%

15、的Nb 2O 5时, 会显著降低材料的起始磁导率。参考文献1黄永杰. 磁性材料M .成都:电子科技大学出版社.2Inaba H ,Abe T , K itano Y ,et al. Magnetic properties and t hegrain boundary structure of MnZn ferrites wit h t he addition of Nb 2O 5J.J Magn Magn Mater ,1994,133:4872489.收稿日期:2006209220(上接第54页 图7高吸水性树脂的红外光谱图1-海藻;2-产品3结论(1 本试验选用天然海藻和丙烯酸为主要原料,在适当的合成条件下通过接枝聚合制得了吸水率高、耐盐性好的新型环保型高吸水性树脂。(2 :聚合温度为60( =6, 丙烯酸%, m ( m 烯酸单体 =0