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、丙烯磺酸钠为单体，N，N—亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，硅藻土为增强剂，采用溶液法合成了交联网络结构的高吸水树脂。实验结果表明，与未添加硅藻土的PAA/PSA共聚树脂相比，添加硅藻土的复合树脂吸液倍率及凝胶强度均有所提高。且硅藻土添加量为0.7%时，达到最佳效果。
关键词：硅藻土；高吸水树脂；凝胶强度
0引言
高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物（Superabsorbent polymers），简写为SAP。它是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物，不溶于水也不溶于有机溶剂，能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性[1]。合成树脂系高吸水性树脂自70年代以来迅速兴起，首先在日本发展迅速，紧接着美国、德国、法国、英国等广泛研究，已成为高吸水性树脂发展的重要方面[2]。但是，单一的聚合物树脂存在凝胶强度低，耐盐、碱性差等问题[3]。
硅藻土是天然的硅质岩，具有细腻疏松、多孔、吸水性强、渗透性强等特[4]。将硅藻土掺入SAP树脂，有利于降低材料的生产成本，改善高吸水树脂的吸水能力及提高其凝胶强度。
本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠为单体，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，硅藻土为增强剂，采用溶液法合成了交联网络结构的高吸水树脂。并探讨了硅藻土用量对SAP树脂吸液性能及凝胶强度的影响。
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溶液使丙烯酸达到40%的中和度，待其溶解之后依次加入烯丙基磺酸钠（单体比例为5：1）、过硫酸钠及N，N-亚甲基双丙烯酰胺（1%）搅拌使之溶解，再加入经超声分散的硅藻土溶液持续搅拌均匀，60℃水浴反应至形成半固态湿凝胶，再转入50℃烘箱中干燥，即可获得圆形块状固体—硅藻土/聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠（简称，DE/PAA/PSA）复合高吸水树脂。
1.2表征方法
将高吸水树脂干燥粉碎后与KBr 压片采用Perkin Elmer1730 FTIR 红外光谱仪对样品进行了红外光谱分析。扫描范围为 400-4000cm-1。并将干燥树脂砸断后利用扫描电子显微镜（SEM）进行断面观察。
称量干燥的试样质量记作m，再将样品浸没在500ml的自来水中直至达到吸水饱和，称量其质量记作m1，按照公式（1）计算试样的吸水倍率ω：
式中：p-凝胶强度，MPa；
M1-砝码质量，Kg；
S-测量树脂表面的面积，m2；
g-重力加速度，m/s2。
2.结果分析
图1为DE/PAA/PSA复合高吸水性树脂的红外光谱图。由图1可见，在2928cm-1、2853 cm-1处出现了亚甲基的C-H特征吸收峰，1456 cm-1和 1402 cm-1处为聚丙烯酸钠盐的特征吸收峰，1111 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。3422cm-1附近出现了Si-OH的伸缩振动吸收峰，478cm-1处应归属于Si-O键的对称和反对称弯曲振动峰。以上说明，丙烯酸与丙烯磺酸钠发生了共聚反应，硅藻土分散在树脂网络中。
将硅藻土用量为0.7%的高吸水树脂样品进行电子扫描电镜分析。图2为样品7000倍放大SEM图，由图可见，硅藻土微粒均匀的镶嵌在聚合物树脂内部，未呈现裂缝及分散不均的状态。
图3硅藻土用量对DE/PAA/PSA复合树脂吸水性能的影响
硅藻土用量对DE/PAA/PSA复合树脂吸液能力有着非常重要的影响。由图3可见，与未添加硅藻土的PAA/PSA共聚树脂相比，添加硅藻土的复合树脂吸水倍率有所提高。且随着硅藻土用量增加，复合树脂吸自来水倍率呈现先增加后降低的趋势；硅藻土用量为0.7%时，吸水倍率达35倍以上。
图4硅藻土用量对DE/PAA/PSA复合树脂吸水泥砂浆性能的影响
由图4可知，硅藻土用量对DE/PAA/PSA复合树脂吸水泥砂浆液能力有着非常重要的影响。随着硅藻土用量的增加，复合树脂的吸水泥砂浆液性能呈现先增加后降低的趋势，硅藻土的用量为0.7%时，其吸水泥砂浆倍率达20倍以上。从整体上看，DE/PAA/PSA复合树脂吸水泥砂浆倍率低于吸自来水倍率。
图5硅藻土用量对DE/PAA/PSA复合树脂凝胶强度的影响
由图5可知，随着硅藻土用量的增加，复合树脂的凝胶强度呈线性增加的趋势。但综合考虑，硅藻土用量对复合树脂吸液性能的影响规律，选择0.7%的硅藻土添加量可以使DE/PAA/PSA复合树脂的吸液性能和凝胶强度达到最佳平衡。
结论
本文通过溶液法制备了硅藻土/聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠复合高吸水树脂，红外光谱及电镜分析证实硅藻土、丙烯酸钠与丙烯磺酸钠发生了很好地复合。通过实验条件摸索，确定了0.7%为最佳添加量。
参考文献
[1]Liu Z S，Rempei G L.Preparation of superabsorbent polymers by crosslinking acrylic acid and acrylamide copolymers[J].Journal of Applied Polymer Science，2015，64（7）：1345-1353.
[2]林润雄，王基伟.高吸水树脂的合成与应用[J].高分子通报，2000，6（2）：85-92.
[3]竺亚斌，浦炳寅.耐盐性高吸水树脂的合成及性能研究[J].高分子材料科学与工程，1999，15（6）：169-175.
[4]陈建福，庄远红，郑海燕，魏玲珊，蓝志福.木薯淀粉-硅藻土-丙烯酸复合高吸水树脂的制备[J].合成树脂及塑料，2013，30（4）：36-39.
论文作者:张兆东,俞垚,刘吉,陈维东,王祥毅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/3/1
标签：硅藻土论文; 树脂论文; 吸水论文; 用量论文; 凝胶论文; 吸水性论文; 倍率论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;