吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林省长春市 130118
摘要：本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠和海藻酸钠为单体，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了第一网络树脂，并与经氯化钙交联的海藻酸钠第二网络形成了互穿网络复合高吸水树脂。实验表明，随海藻酸钠用量的增加，PAA/PSA/SA树脂吸水倍率呈增加的趋势，保水率在78%以上，释水率在10%~20%范围。随氯化钙浓度的增加，PAA/PSA/SA树脂吸液性能及保水性能下降。
关键词：高吸水树脂，互穿网络，海藻酸钠
1引言
高吸水树脂（简称SAP）具有三维网络结构，吸液量大，保水性强。目前SAP广泛应用于医疗卫生业、农业、建筑业等众多领域[1-2]。然而，单一网络的树脂受单体结构的局限，性能较差。互穿网络技术(简称IPN)是近年来新兴的合成技术，利用两种或两种以上高吸水树脂网络尽可能均匀地混合并互相穿插，可以获得性能互补的高性能互穿网络高吸水树脂[3-5]。
本文采用两步法，首先制备聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠第一树脂网络（PAA/PSA），然后将其与经经氯化钙交联的海藻酸钠（SA）第二网络相互穿插形成互穿网络高吸水树脂（PAA/PSA/SA）。此研究有望获得优良性能的SAP材料，将成为新型高吸水树脂合成和应用的热点。
2实验部分
2.1 PAA/PSA/SA互穿网络高吸水树脂的制备
以丙烯酸（中和度为40%）、丙烯磺酸钠为单体原料，单体摩尔比选取5:1，交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺用量为1%，于60℃条件下反应2 h，获得了聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠第一网络树脂溶液。取一定量的海藻酸钠SA溶解完全后加入第一网络树脂溶液中，搅拌均匀，60℃反应至形成凝胶，再干燥完全。将干凝胶浸泡在一定浓度的氯化钙溶液中24h，再转入冰箱中冷冻干燥，使海藻酸钠交联，最终获得互穿网络高吸水树脂（PAA/PSA/SA）。
2.2表征方法
2.2.1吸液率测定
测量完全干燥的样品，并记录其质量为m。再放入250ml的液体中至达到吸水饱和，记录饱和状态的凝胶质量为m1，吸液倍率ω可按式（1）进行计算：
3 结果讨论
3.1海藻酸钠用量对PAA/PSA/SA树脂性能的影响
由图1可知，海藻酸钠用量取PAA与PSA总质量的20%、30%、40%、50%四个比例。随SA用量的增加，PAA/PSA/SA树脂的吸水倍率呈增加的趋势。海藻酸钠用量对PAA/PSA/SA树脂吸CaCl2盐溶液及吸氢氧化钠碱液性能的影响呈现类似的趋势。同时，PAA/PSA/SA树脂吸自来水倍率比吸碱及吸盐倍率高。
图2 海藻酸钠用量对吸水速率的影响
表1为海藻酸钠用量对PAA/PSA/SA树脂保水性的影响。树脂达到吸水饱和后，在自然条件下进行保水测试实验，一周后测量其质量的变化。由表1可知，四个SA用量的树脂保水率均在78%以上。海藻酸钠用量为50%的PAA/PSA/SA树脂保水性最佳，可达85%以上，说明海藻酸钠第二网络有利于提高树脂的保水性能。
表1 海藻酸钠用量对PAA/PSA/SA树脂保水性的影响
3.2 氯化钙溶液浓度对PAA/PSA/SA树脂性能的影响
分别采用18wt%、36wt%、54wt%浓度的CaCl2溶液对海藻酸钠进行交联。由图3可知，随着CaCl2用量的增加，PAA/PSA/SA树脂的吸水倍率呈降低的趋势。CaCl2的用量增加虽然有利于海藻酸钠的交联网络形成，但过多的引入CaCl2会增加离子密度，导致吸液能力下降，因此应控制CaCl2溶液的浓度在20%以下。
图3 CaCl2溶液浓度对PAA/PSA/SA树脂吸液性能的影响
由表3可知，CaCl2溶液浓度增加，PAA/PSA/SA树脂保水率下降。18wt%浓度CaCl2溶液交联的树脂保水性能最好。
表3 CaCl2浓度对树脂保水性能的影响
结论
通过两步法制备了聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠/海藻酸钠(PAA/PSA/SA)互穿网络高吸水树脂。随海藻酸钠用量的增加，PAA/PSA/SA树脂吸水倍率呈增加的趋势，且吸自来水倍率比吸碱及吸盐倍率高。PAA/PSA/SA树脂的保水率均在78%以上，释水率在10%~20%范围。随氯化钙浓度的增加，PAA/PSA/SA树脂吸液性能降低，保水性下降。本文对高吸水树脂的研究发展有着积极的意义。
参考文献：
[1] 吴会梅, 王文珍. 高吸水树脂研究进展. 河北化工, 2006, (1):24-26.
[2] 吉武敏彦, 翁志学, 黄志明. 高吸水树脂的结构与吸水机理. 化工新型材料, 2002, 30 (3): 19-21.
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论文作者:陈正伟,姜旭,王鹏,于航
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第12期
论文发表时间:2017/12/12
标签：树脂论文; 海藻论文; 酸钠论文; 用量论文; 网络论文; 溶液论文; 浓度论文; 《建筑科技》2017年第12期论文;