聚丙烯酸吸水树脂的性能研究

聚丙烯酸吸水树脂的性能研究

李永兰

广东银洋环保新材料有限公司 广东省佛山市 528138

摘要：为了研究树脂的吸水与保水性能，实验采用水溶液聚合法，制备聚丙烯酸吸水树脂，所用原料是丙烯酸（AA），交联剂选用亚甲基双丙烯酰胺（NMBA），引发剂选用过硫酸钾（KPS）。实验结果表明，当中和度为65%，丙烯酸、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾用量分别为20%、0.04%和2%时，聚丙烯酸树脂吸水性能良好；该树脂对去离子水的吸水倍率分别为501倍；在20SymbolpB@C下100min的保水率为87.7%，70SymbolpB@ C下50min的保水率为81.5%。

关键词：聚丙烯酸树脂；吸水树脂；性能研究

1实验部分

　 1 实验步骤

　　1.1 PAA吸水树脂的制备

　　称取一定量的丙烯酸（AA），加入适量的水，充分混匀，转移至250mL三口瓶中，开启搅拌器和冷凝回流水，在将取好的NaOH溶液倒入三口瓶中，搅拌30min。称取适量的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到三口瓶中；将恒温水浴锅的温度升至60℃，取适量的过硫酸钾加水溶液，滴加1h；再升温至70SymbolpB@

　　C反应约2h左右，得到黄棕色具有一定粘度和流动性的物质。将三口瓶中的产品倒入到玻璃培养皿中，进行烘干粉碎过筛装袋备用。

　　1.2 吸水率的测定

　　测定吸水率的方法是茶袋法。称取烘干过筛后的样品0.05 g放于茶袋中;贴上标签封口再将茶袋放于装有500mL蒸馏水的烧杯中。让其吸水24h。具体公式如下：

　　Q=M1-M2-M3M2（1）

　 1.3 吸液速率的测定

　　称取烘干过筛后的样品0.05g放于茶袋中，贴上标签封口放于装有500mL蒸馏水的烧杯中，每次间隔一定时间从烧杯中取出用滤纸擦干多余的水，再放到台秤上称取它的质量。具体时间分布为20、40、60、80和100min。

2结果与讨论

　　2.1 丙烯酸单体量对去离子水吸水倍率的影响

当单体用量从16%增加至20%的吸水倍率是由425g/g增加到451g/g，但20%增加至24%的吸水倍率是由451g/g下降到4276g/g，当单体用量为16%时，交联点之间分子链短，-COOH数量相对少，三维网状结构比较致密，不容易扩展，吸水倍率低；当单体用量为20%时，交联点之间分子链段长度适中，-COOH数量增多，有效三维网状结构数量最多，比较容易扩展，吸水倍率增大；当单体用量为24%时，聚合物分子量增大，交联点之间分子链段长，三维网状结构松散，吸水倍率也会降低。

2.2 丙烯酸单体量对吸水速率的影响

　　当单体用量16%时，在10min至50min吸水速率由55g/g增加至113g/g，交联点之间分子链短，三维网状结构致密，-COOH数量相对少，吸水速率低;当单体用量20%时，10～50min吸水速率由67g/g增加至137g/g，交联点之间间距适中，形成三维有效网络数量最多，-COOH数量增加，吸水速率加快;当单体用量24%时，在10～50min吸水速率由63g/g增加至137g/g，交联点之间分子链长，三维网状结构松散，吸水速率会有所降低[4]。

　　在10min时，单体用量为16%的吸水速率为55g/g，单体用量为20%的吸水速率为67g/g，单体用量为24%的吸水速率为63g/g。由此可见10min时单体用量为20%吸水速率最快。

　　2.3 交联剂对去离子水吸水倍率的影响

当交联剂用量0.02%增加至0.04%吸水倍率由353g/g上升至359g/g，但0.04%增加至0.10%吸水倍率由359g/g下降至329g/g。當交联剂浓度低时，交联点之间的分子链长，三维网状结构松散，吸水倍率低;当交联剂为0.04%时，交联点之间分子链长度适中，形成有效的三维网状结构数量最多，吸水倍率增大;当交联剂浓度大时，交联点之间的分子链短，三维网状结构致密，不容易扩展，吸水倍率降低。

2.4 交联剂对吸水速率的影响

当交联剂用量为0.04%时，树脂吸水时间从10min增加到50min时，树脂吸水倍率从59倍增加到133倍。当交联剂用量低时，交联点之间分子链段长，三维网状结构松散，有效三维网状结构数量少，-COOH数量相对少，吸水速率低;当交联剂用量0.04%时，交联点之间分子链适中，形成有效三维网状结构数量最多，-COOH数量增加，吸水速率加快;当交联剂用量高时，交联点之间分子链短，三维网状结构密集，不易于扩展，-COOH数量减少，吸水速率减慢。

2.5 引发剂对去离子水吸水倍率的影响

当引发剂用量从1%增加至2%时，吸水倍率从389g/g上升至419g/g，但引发剂用量2%增加至8%吸水倍率419g/g下降至385g/g。当引发剂用量低的时候，交联点之间分子链长，三维网状结构松散，分子量大，吸水倍率低；当引发剂用量2%时，交联点之间分子链适中，形成有效三维网状结构数量最多，分子量适中，吸水倍率高；当引发剂用量高的时候，交联点之间分子链短，反应速度太快，控制很困难，轻易的产生暴聚，暴聚过程前后分子量很小，生成的三维网络结构很致密，吸水倍率就会降低。

2.6 引发剂对吸水速率的影响

可以看出，当引发剂用量为2%时，树脂吸水时间10min增加到50min，树脂吸水倍率由61倍增加到173倍。当引发剂的量少时，交联点之间分子链长，反应活性中心少，反应速度慢，形成的三维网状结构松散，-COOH数量相对少，吸水速率低;当引发剂用量2%时，交联点之间分子链适中，形成有效三维网状结构数量最多，-COOH数量增多，吸水速率增大;当引发剂用量太大时，交联点之间分子链短，三维网络空间结构密集，分子量减小，-COOH数量减少，吸水速率降低。

2.7 中和度对去离子水吸水倍率的影响

当中和度用量60%增加至65%吸水倍率465g/g增加至501g/g，但中和度用量65%增加至80%吸水倍率501g/g下降至473g/g。当中和度用量低时，交联点之间分子链短，三维网状结构密集，与-COO-之间的静电斥力小，吸水倍率低;当中和度用量65%时，交联点之间分子链长度适中，形成有效的三维网状结构数量最多，产生的-COO-增多，与其的静电斥力适中，吸水倍率大；当中和度用量高时，产生的-COO-越来越多，静电斥力逐渐增大，三维网状结构变得很松散，吸水倍率低。

3结论

通过采用水溶液聚合法合成了PAA吸水树脂，研究出了PAA树脂的在交联剂、引发剂的用量分别为单体用量的0.04%，2%，单体用量20%，中和度65%的最佳条件下，对去离子水的吸水倍率为501g/g，在20SymbolpB@

　　C下100min后树脂的保水率为88.7%，在70SymbolpB@

　　C下50min后树脂的保水率为81.5%。

作者简介：李永兰（1982-05），女，汉族，籍贯：广东省佛山市，当前职务：工程师，学历：本科，研究方向：丙烯酸树脂