高吸水复合材料的制备及性能表征

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高吸水树脂,是一种具备三维空间网络结构的亲水型功能高分子材料。由于其独特的吸水保水性能,高吸水树脂在个人卫生、农业、园林等多个行业有广泛应用。但成本高、综合性能差等因素制约了其发展。无机粘土具有成本低、来源广、环境友好、可复合性好等优点。本文通过添加无机粘土,制备了两个系列的有机无机复合高吸水树脂,并对其进行相关表征和测试。具体工作如下:  1、制备有机蒙脱土复合高吸水树脂  (1)采用十六烷基三甲基溴化铵对市售钠基蒙脱土进行有机改性。本实验选用的引发剂为过硫酸铵,选用的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺,合成方法为水溶液聚合法,以丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,接枝淀粉,添加经有机改性的钠基蒙脱土,制备了丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-淀粉-有机蒙脱土复合高吸水树脂。  (2)利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对产物的组成和微观形貌结构进行了表征。XRD测试表明经有机改性后的蒙脱土的片层间距显著增大,FT-IR表明产物间发生了聚合反应,SEM表明产物的表面形貌具有褶皱、粗糙的特点。  (3)通过单因素实验法优化了工艺合成条件。最佳反应温度60℃,以丙烯酸为质量标准,引发剂APS用量0.9%,交联剂MBA的用量0.05%,有机蒙脱土用量8.0%,AMPS添加量为10%所得的产物性能最好。制备的丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-淀粉-有机蒙脱土复合高吸水树脂在蒸馏水中的吸水倍率达到974g/g,在浓度为0.9%的NaCl溶液中的吸盐水倍率达到316g/g。  2、制备硅藻土复合高吸水树脂  (1)采用焙烧的方法,对硅藻土进行提纯。以丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,接枝淀粉,添加硅藻土,本实验采用的引发剂为过硫酸铵,交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺,采用的聚合方法为水溶液聚合法,制备了丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-淀粉-硅藻土复合高吸水树脂。  (2)利用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对产物的组成和微观形貌结构进行了表征。FT-IR表明产物间发生了聚合反应,SEM表明产物形貌具有粗糙、多褶皱的特点,有助于吸液速率的提高。  (3)通过单因素实验法优化了工艺合成条件。反应温度为75℃,以丙烯酸为质量标准,AM添加量为17%,AMPS添加量为10%的条件下,硅藻土含量为13%,引发剂APS为0.50%,交联剂MBA含量为0.02%,中和度为70%时制备的产物性能最佳。合成的丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-淀粉-硅藻土复合高吸水性树脂在蒸馏水中最高吸水率为1180g/g,在0.9%NaCl溶液中吸液率达到485 g/g。
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