高吸水性树脂聚丙烯酸钠盐制备工艺研究

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1997年6月JournalofFunctionalPolymersJun.1997

高吸水性树脂聚丙烯酸钠盐制备工艺研究

钱欣󰀁󰀁濮阳楠󰀁󰀁叶智林

(浙江工业大学,杭州󰀁310014)

󰀁

摘󰀁要󰀁研究了聚丙烯酸钠在溶液聚合中,引发剂、交联剂、丙烯酸中和度、单体浓度和反应温度对树脂吸水性的影响,从中获得最佳合成工艺,制得树脂性能为吸去离子水1400g/g,吸0.9%Na-Cl溶液150g/g,吸水速率快,保水性较好。关键词󰀁聚丙烯酸钠,高吸水性树脂,溶液聚合中图分类号O631

高吸水性树脂是功能高分子材料中发展最快、产量最大的产品,它在生理卫生、医药、农

󰀁1󰀁

业、化工等方面有着广泛的应用前景。在高吸水性树脂中,聚丙烯酸钠盐以其吸水率高、吸水速度快、不易霉变成为高吸水性树脂中最为重要的品种之一。在此我们着重探讨了聚丙烯酸钠高吸水性树脂的最佳配方及工艺条件。

1实验部分

1.1实验原料

丙烯酸,氢氧化钠,过硫酸钾,N,N󰀁二甲基双丙烯酰胺均为化学纯,去离子水。1.2合成工艺

反应瓶中计量加入丙烯酸,开动搅拌机,逐渐加入20%NaOH溶液,使其中和度为60~90%,再加入去离子水稀释至单体浓度为30~60%,加入N,N󰀁二甲基双丙烯酸胺,将反应瓶置于恒温水浴中加热并通氮气驱氧,再加入过硫酸钾进行反应,反应物料粘度增大至搅拌困难时,停止搅拌,继续通氮反应到反应物为粘稠凝胶体,将其取出,压成薄片后,进行干燥,再粉碎至10目以上。

1.3性能测试

1.3.1吸液率测定󰀁称取0.5g树脂置于烧杯中,加入1000ml去离子水,或0.9%NaCl水溶液,搅拌片刻,静置1h后,用100目金属筛网滤去未被吸收的液体,并将滤液称量,吸液率为:吸液率=(加入的总液体量󰀁滤出的液体量)/树脂重量

1.3.2吸水速率测定󰀁称取0.5g树脂置于烧杯中,加入1000mL去离子水,搅拌,达到规定吸水时间后用100目金属筛网滤出多余的水,计算出树脂的吸水率,即可得出吸水时间与吸水率的关系。

1.3.3保水率测定󰀁将充分吸水后的树脂凝胶,置于100目金属筛网中,滤出多余的水,称量,放入40󰀁恒温烘箱中干燥,间隙一定时间测定凝胶重量的变化,按下式计算:

󰀁收稿日期:1996-11-18高吸水性树脂聚丙烯酸钠盐制备工艺研究󰀁185󰀁

保水率=(干燥一定时间后的凝胶重量/干燥前的凝胶重量)󰀁100%

1.4正交试验表

试验采用五因素五水平,正交表见表1

Table.1󰀁OrthogonalLayout

SampleNo.12345

amountofinitiator(%)

0.180.350.711.402.10

neutralizationofAA(%)

6070708090

concentrationofAA(%)

3040455060

cross-linkingagent(%)0.0350.1750.351.773.50

reactiontemp.(󰀁)

5055607080

2结果与讨论

2.1影响树脂吸水率的因素

2.1.1引发剂用量的影响󰀁图1为引发剂用量与其各水平吸水率之和I的关系曲线,由图可知,当引发剂用量较少时,树脂吸水率随引发剂用量增加而增加,当引发剂用量为单体用量的0.35%时,吸水率达到最大,随后吸水率又随引发剂用量的进一步增加而下降。这是因为引发剂用量直接影响到树脂合成过程中的分子量大小和交联程度。引发剂量小时,反应速度慢,树脂分子量较大但交联程度较小,吸水率较低;而引发剂量较大时,反应速度快,树脂分子量小,交联程度大,故吸水率也较少。

Fig.1󰀁Relationbetweeninitatorandsumofwaterab-sorption

Fig.2󰀁RelationbetweenconcentrationofAAandsum

ofwater-absorption

2.1.2单体浓度的影响󰀁在溶液聚合中,单体浓度低时,聚合反应速度慢,聚合物分子量小,交联度低,易溶解于水,故吸水性较低;但单体浓度过高时,由于聚合过程散热困难,引起爆聚,爆

󰀁186󰀁钱欣󰀁󰀁濮阳楠󰀁󰀁叶智林

聚树脂的吸水性也因交联度过大而下降。图2可见,丙烯酸单体浓度为50%时,具有较大的吸水率。

2.1.3丙烯酸中和度的影响󰀁丙烯酸中和度直接影响产品的吸水率,而且对反应条件也有影响,中和度较低时,溶液显酸性,丙烯酸聚合速度快,除交联剂交联外,自身也发生交联,从而使交联度增大,吸水率降低;中和度过高时,羧酸钠盐含量高,反应速度下降,自交联程度低,这些导致聚合产物水溶性增大,吸水率下降。因此只有适宜的中和度才能使聚合物具有最佳的吸水性。从图3中可以看出该最佳的中和度为80%。

Fig.3󰀁RelationbetweenneutrationofAAandsumof

water-absorption

Fig.4󰀁Relationbetweencross-linkingagentandsum

ofwater-absorption

2.1.4交联剂用量的影响󰀁由图4可以看出,交联剂用量<0.35%时,聚合产物交联度小,水溶性较大,吸水性较差;而交联剂用量过大时,又会因聚合物交联度过大而树脂溶胀度变小,容纳液体量减少。交联剂用量在0.35%左右时,树脂具有较为适宜的交联度,吸水性也较佳。

2.1.5反应温度的影响󰀁反应温度主要影响聚合反应速度。图5表明,反应温度高,反应速度快,聚合物分子量偏小且分布不均,同时因散热困难,易产生爆聚,而反应温度太低时,反应速度慢,反应时间长,生产效率下降,且聚合物交联度低,吸水性也差。反应温度同时与反应物配方有很大关系。因此控制合适的温度使反应以适当速度进行,以获得较佳的反应产物是工艺控制的关键。

Fig.5󰀁Relationbetweenreactiontemperatureandsumof

water-absorption

高吸水性树脂聚丙烯酸钠盐制备工艺研究󰀁187󰀁

2.2高吸水性树脂的性能

根据以上正交试验结果分析,我们获得了最佳的反应配比和聚合条件,以此聚合所得树脂的性能如下:

2.2.1吸液率󰀁树脂在不同溶液中的吸液量为:deionizingwater:1400;water:1300;0.9%NaClsolution:150(g/g)。可以看出该树脂在三种溶液中的吸液量均较佳。

吸水速率󰀁图6为树脂在去离子水中的吸水量与吸水时间关系,可以看出,当吸水时间为1min时,吸水量已达900g/g,在30min时已达到饱和吸水量。

Fig.6󰀁Relationbetweentimeandwater-absorp-tion

Fig.7󰀁Relationbetweenwaterretentionandtime

2.2.3保水性󰀁图7为40󰀁条件下,吸水凝胶保水率与时间的关系。由图可见,前10h树脂失水较快,而后失水逐渐减少,这是因为通过前期干燥,失水后表面形成了较密实的膜,阻碍了树脂中水分的进一步析出。

󰀁188󰀁钱欣󰀁󰀁濮阳楠󰀁󰀁叶智林

参󰀁考󰀁文󰀁献

1.邹新禧,超强吸水剂,化学工业出版社,1991󰀁2.朱秀林,路建美,高分子材料科学与工程,1993,4:193.何培新等,高分子材料科学与工程,1993,4:23

StudyontheBestSyntheticCompositionandCondiation

ofSuperWater-AbsorbingSodiumPolyacrylate

Qianxin󰀁󰀁PuYongnan󰀁󰀁YeZhilin

(ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou󰀁

310014)

Abstract󰀁Asuperabsorbentresin,whichisacross-linkedsodiumployacrylate,wassynthe-sizedbymeanofsolutionpolymerization.Therelationshipbetweenthewater-absorptionofresinandtheamountofinitoator,concentrationofAA,neutrationdegreeofAA,theamountofcross-linkingagentandreactiontemperaturewasstudiedbymeanoforthogonalmethod.Theabsorp-tionamountofresincanover1400g/gandover150g/gincaseofdeionizingwaterand0.9%NaClsolution,respectively.

Keyword󰀁Sodiumpolyacrylate,Superabsobentresin,Solutionpolymerization