吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林省长春市新城大街5088号 130118
摘要：本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠为单体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠交联网络高吸水树脂。实验结果表明，丙烯酸钠与丙烯磺酸钠两单体比例为5：1时，吸水倍率可达110倍。反应温度60℃，丙烯酸中和度40%，交联剂用量1%，为最佳的反应条件。
关键词：高吸水性树脂，聚丙烯酸，聚丙烯磺酸钠
高吸水性树脂是具有低交联度且含有亲水基的水溶胀型高分子聚合物，能够吸收自身质量的几百倍甚至上千倍重量的水[1]。高吸水树脂在当今社会的应用越来越为广泛，其具有高能力的吸水性能与保水性能，已经引起了科学家的高度重视[2-4]。目前，中国市场高吸水树脂需求量很大，但多数都是依赖于进口，中国在高吸水树脂生产制造方面相当落后，工业化规模小、产量低[5-6]。因此，为促进我国高吸水树脂的产业化发展，需要加大对高吸水树脂的研究。
本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠为单体采用溶液法合成了交联网络结构的高吸水树脂。并探讨了温度、丙烯酸中和度、交联剂用量等因素对树脂性能的影响。
1.实验部分
1.1实验过程
在25ml的烧杯中加入适量蒸馏水和丙烯酸，加入一定量的NaOH调节丙烯酸中和度，待其溶解之后依次加入烯丙基磺酸钠、过硫酸钠及N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌使之溶解成均一溶液，调节水浴温度反应至形成稳定凝胶，再放入烘箱中干燥，即可获得聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠（PAA/PSA）高吸水树脂。
1.2表征方法
采用Perkin Elmer1730 FTIR 仪对完全干燥的样品进行了红外光谱分析。扫描范围为 400-4000cm-1。
选取一块完全干燥的样品称重，并记录其质量为m。再将样品浸没在500ml的自来水中，每间隔一天称量一次吸水凝胶的质量直至达到吸水饱和，记录饱和凝胶的质量为m1，试样的吸水倍率ω可按式（1）进行计算：
图1 PAA/PSA树脂的FTIR谱图
图1为PAA/PSA共聚物高吸水性树脂的红外光谱图。在3400cm-1处出现了-OH的伸缩振动吸收峰，2930cm-1、2850 cm-1处为亚甲基的C-H特征吸收峰，1490 cm-1和 1400 cm-1处为聚丙烯酸钠盐的特征吸收峰，1110 cm-1处为羧基的特征吸收峰。同时，在1190 cm-1，1068 cm-1，620 cm-1处出现了磺酸基团的特征吸收峰。以上说明，丙烯酸钠与丙烯磺酸钠发生了共聚反应，形成了二元聚合物。
2.2反应温度的影响
选取50℃、60℃、70℃、80℃不同的水浴温度进行试验。加入5ml丙烯酸，使用氢氧化钠中和度40%，1.045g烯丙基磺酸钠，加入1%的交联剂。
2.4丙烯酸中和度的影响
丙烯酸的中和度选取40%、50%、60%、70%四组，其他条件一致。从图3中可以明显看出，中和度为40%的高吸水树脂吸液倍率最高，中和度提高吸液倍率反而下降。
图4 交联剂用量对吸液性能的影响
图5 交联剂用量对吸水速率的影响
由图5可见，树脂的吸水速率均呈现先增加后减小的趋势，吸水2天时达到最大的吸水速率，之后随时间的延长吸水量反而会下降。随交联剂用量的增加，吸水速率会略有下降。
结论
通过溶液法可以制备聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠（PAA/PSA）高吸水树脂，红外光谱验证了丙烯酸钠与丙烯磺酸钠发生了二元共聚反应。通过实验条件摸索，确定了60℃为最佳实验温度，单体比例为5：1的保水性能最好，可达85%以上。丙烯酸中和度为40%的树脂吸液倍率最高，交联剂用量增加会导致树脂的吸水速率下降。
参考文献
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[2]崔英德， 黎新明，尹国强. 绿色高吸水树脂[M]. 北京：化学工业出社，2008：1-2.
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资金来源：吉林建筑大学大学生创业项目（201610191021）
论文作者:陈正伟,姜旭,王鹏,于航,汪丽梅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第11期
论文发表时间:2017/10/11
标签：树脂论文; 吸水论文; 交联剂论文; 丙烯酸论文; 聚丙烯论文; 吸水性论文; 丙烯论文; 《建筑学研究前沿》2017年第11期论文;