劉憲紅

（大慶應(yīng)用技術(shù)研究院，黑龍江 大慶163000）

1 概述

高吸水性樹脂又稱超強(qiáng)吸水性聚合物，英文名Super Absorbent Polymer，簡稱SAP，它是一種低交聯(lián)度新型高分子材料且具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物，因其自身具有（-SO3H、-COOH、-CONH2、-OH 等）強(qiáng)親水基團(tuán)，使其能夠吸收相當(dāng)于自身重量上百倍上千倍的水，吸水后形成無色透明凝膠[1-3]，具有強(qiáng)吸水能力的同時(shí)也有著強(qiáng)保水能力?，F(xiàn)今多應(yīng)用于日常生活、園林工藝、水土環(huán)境等方面。因?yàn)楦呶畼渲泻軓?qiáng)的親水基團(tuán)，并且是具有一定交聯(lián)密度的松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子，所以能夠吸收比自身重千百倍的水，吸水后便可形成一種透明膠狀物，這種膠狀物具有一定強(qiáng)度的保水性，其既不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑?？蓱?yīng)用于衛(wèi)生用品、農(nóng)業(yè)和林業(yè)、醫(yī)藥和農(nóng)藥、建筑材料、防火滅火等方面[4-5]。聚丙烯酰胺是一種應(yīng)用廣泛的水溶性線性高分子聚合物，作為一種功能高分子材料，具有較強(qiáng)的吸水性和保水能力，能吸收比自身重?cái)?shù)百甚至數(shù)千倍的水分。其應(yīng)用市場非常巨大，在醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)林、園藝、石油化工、日用工業(yè)、建筑等各個(gè)領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。本研究探究不同的反應(yīng)條件合成對(duì)吸水性樹脂的性能的影響。對(duì)不同的影響性能的因素加以分析，并從其中找到合成PAM 吸水性樹脂所能應(yīng)用的最佳反應(yīng)條件。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

表1 實(shí)驗(yàn)儀器

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

表2 實(shí)驗(yàn)試劑

2.3 聚丙烯酰胺吸水樹脂的制備

采用溶液聚合法合成高吸水樹脂。先配置一定量濃度的丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合溶液，再將一定濃度的交聯(lián)劑、引發(fā)劑加入其溶液中；加入交聯(lián)劑后要通15分鐘以上的氮?dú)庖员阃耆ンw系中的氧氣，之后再利用注射器加入一定量的引發(fā)劑A 液（氧化劑）和B 液（還原劑）；再通氮?dú)? 分鐘，將其放置于恒溫箱中進(jìn)行引發(fā)聚合。將合成的丙烯酰胺吸水樹脂攪碎，加入定量氫氧化鈉顆粒進(jìn)行水解，并放于干燥箱內(nèi)80℃恒溫干燥。將干燥后的高吸水樹脂部分取出，并進(jìn)行粉碎處理，得到最終產(chǎn)物。

2.4 合成原理

圖1 高吸水性樹脂合成原理

2.5 高吸水樹脂吸水性能的測定

不同的反應(yīng)條件下合成高吸水樹脂，用剪刀和砂紙取其中相對(duì)較規(guī)整部分，稱量其絕干質(zhì)量,記M0,分別浸泡在200ml 蒸餾水、自來水、4500ppmNaCl 水溶液中，并記錄不同時(shí)間下高吸水樹脂吸水后的質(zhì)量Mt1，按以下的公式計(jì)算吸水倍率。

2.6 傅立葉紅外光譜分析

采用溴化鉀壓片法，用美國PE 公司spectrum400 傅里葉紅外光譜儀對(duì)高吸水性樹脂粉末進(jìn)行紅外光譜測定與分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本研究在不同反應(yīng)條件下合成的高吸水樹脂的性能變化，在分別改變反應(yīng)溫度、交聯(lián)劑用量等條件下采用水溶液聚合法合成高吸水性樹脂，并測定其吸水倍率、保水率、紅外表征等。

3.1 產(chǎn)品化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

圖2 AM-AMPS 吸水樹脂（含交聯(lián)劑MBA）紅外譜圖

圖3 前三個(gè)小時(shí)不同水環(huán)境吸水倍率點(diǎn)線圖

3.2 不同水解程度對(duì)SAP 吸水倍率的影響

實(shí)驗(yàn)中保持AM 和AMPS 用量不變，改變水解時(shí)氫氧化鈉的用量，在室溫下引發(fā)聚合。三組過硫酸鉀-氯化亞鐵氧化還原體系如表3，兩組過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉氧化還原體系如表4。

圖4 不同水環(huán)境整體吸水倍率點(diǎn)線圖

圖2 是AM-AMPS 吸水樹脂（含交聯(lián)劑MBA）紅外譜圖。在波數(shù)為3442cm-1和3198cm-1處存在酰胺基N-H 伸縮振動(dòng)峰，2940cm-1處為烷基的C-H 伸縮振動(dòng)峰，1321cm-1和1350cm-1處存在C-H 彎曲振動(dòng)吸收峰，在990cm-1處存在C-H 面外彎曲振動(dòng)吸收峰，1555cm-1和1407cm-1處分別存在羧基的C=O 伸縮振動(dòng)峰和O-H 彎曲振動(dòng)峰，1187cm-1到1042cm-1之間存在醚類特征峰。626cm-1和509cm-1處存在兩個(gè)磺酸基特征峰。

表3 不同水解程度過硫酸鉀-氯化亞鐵體系

表4 不同水解程度過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉體系

以上5 組實(shí)驗(yàn)得到產(chǎn)品分別編號(hào)為1、2、3、4、5，測量5 個(gè)產(chǎn)品在不同水環(huán)境下吸水倍率對(duì)比，結(jié)果如圖3。

由圖3 分析可知，在過硫酸鉀-氯化亞鐵氧化還原引發(fā)體系和過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉氧化還原體系中，在一定水解程度范圍內(nèi)，水解程度越大吸水倍率增長越快，在蒸餾水中體現(xiàn)最為明顯。隨著溶液鹽度的增大，吸水倍率數(shù)值增長趨勢減小。

由圖4 可知在過硫酸鉀-氯化亞鐵氧化還原引發(fā)體系中，水解度達(dá)到35.6%的吸水樹脂吸水倍率最高。其在NaCl 溶液中吸水效果最高達(dá)到82.48 倍。在自來水水中吸水效果最高達(dá)到136.37 倍。在蒸餾水中的吸水效果達(dá)到697.34 倍。而在過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉氧化還原體系中，吸水倍率最好的同樣是水解度為35.6%的吸水樹脂。其在NaCl 溶液中的吸水倍率最高達(dá)到79.23 倍。在自來水中的吸水倍率最高達(dá)到152.18 倍。在蒸餾水中的最高吸水倍率則達(dá)到737.28 倍。在蒸餾水中產(chǎn)品5 的吸水性一直優(yōu)于產(chǎn)品3 的吸水性，在NaCl 溶液和自來水環(huán)境中兩者吸水倍率均出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。

造成上述結(jié)果的原因可能是：當(dāng)后加入NaOH 部分水解時(shí)，使原有的部分酰胺基水解變成更具親水性的羧酸基，隨著水解程度的增加，共聚物中的羧酸基逐漸增加，其吸水倍率也有著明顯的增長。

4 結(jié)論

本論文主要研究的是在不同水解度條件下合成的吸水性樹脂在不同水環(huán)境下對(duì)吸水性能的影響，當(dāng)改變水解程度時(shí)，在一定范圍內(nèi)水解程度越大，聚合物中的更強(qiáng)的親水基團(tuán)（羧基）含量越多，其在NaCl 溶液、自來水、蒸餾水中的吸水性能越好。