醇类交联剂对聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水性能的探讨

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表1聚丙烯酸钠高吸水性树脂实验配方原料用量(g
吴志明
(南通职业大学,江苏南通226007
摘要:选用多元醇作聚丙烯酸钠高吸水性树脂的交联剂,在一定用量范围内使树脂的吸水性达到最大值。

实验探讨了醇类交联剂的结构及用量对聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水性能的影响。

关键词:醇类交联剂吸水性树脂吸水性探讨
中图分类号:T Q316.6/2文献标识码:A 文章编号:1008-5327(200204-0016-03
随着高吸水性树脂应用领域的扩大,人们越来越重视它的合成研究。

目前对它的研究涉及面较宽的是聚合方法及聚合中各种影响因素,如:丙烯酸的浓度、中和度、引发剂用量、交联剂种类及用量等。

这些因素都对树脂的吸水性能产生一定的影响,其中交联剂的结构及用量对树脂吸水性能影响具有重要的地位。

本文选用了一些典型的交联剂,结果使聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水倍数达到了1208(g /g ,并使吸水速度在1m in 内达到最大值。

1实验部分
1.1聚合方法
聚丙烯酸钠高吸水性树脂的聚合,一般使用反相乳液聚合法。

本文采用了近几年来报导较多的先进聚合方法—微波法,这种聚合方法能使6h 的反应缩短到2.5m in ,大大缩短了聚合反应时间,且使得树脂的吸水速度加快。

实验过程:在自制的反应器内加入水溶性引发剂,部分中和的丙烯酸盐水溶液和交联剂,在氮气保护下,放入微波炉反应数分钟,反应完毕后,将生成的水凝胶放入烘箱中烘干,经粉碎后得到白色粉末状产品。

称取粉碎干燥后的树脂0.5000g ,放入1000m l 烧杯
中,加入1000m l 去离子水,静置0.5h 后用过滤器滤去离子水,吸水性能用公式计算。

吸水性G (g /g =[去离子水1000(g —
在数只1000m l 烧杯中,重复以上实验,分别选择各自静置吸水时间,在1m in 内即达到最大吸水值。

2交联剂种类、用量与树脂的最大吸水值
分别选用环己六醇、丙三醇、1,2-丙二醇、聚乙二醇作交联剂,实验加入交联剂的量以丙烯酸加入量为基准(0.030%~0.400%,各种交联剂达到最大吸水值见表2。

表2交联剂用量及最大吸水值
交联剂
用量(%最大吸水值(g /g 环己六醇
0.030512丙三醇
0.0687561,2-丙二醇
交联剂的种类及用量对树脂吸水性能的影响见图1。

南通职业大学学报JOURNAL OF NANTONG V OCATIONAL COLLEGE 第16卷第4期
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结果与讨论
聚丙烯酸钠高吸水性树脂,是通过丙烯酸钠的聚合,在交联剂作用下形成网络结构的高分子,网络结构示意式如下:其主链上的—COO H 、—COONa 基团是影响树脂吸水性的主要基团,交联剂则在形成网络结构及网络密度方面起重要作用。

如交联剂使用得当,即能形成合适的高分子网络和网络密度,从而达到一定的吸水性能,交联剂分子链的长短、反应基团的活性及所含亲水基团的数目,都对树脂的吸水性能产生较大的影响。

3.1交联剂链长的影响
由图1,交联剂链的长短对吸水性影响较大。

长链分子形成较大的吸水网络空间,吸水时能充分溶胀。

短链分子形成的网络,由于主链分子间网络过紧,对吸水时的体积溶胀有限制作用。

丙三醇、1,2-丙二醇、聚乙二醇都是直链分子,但由于聚乙二醇分子链较长,可形成较大的交联网络空间,从而显示出它的吸水性能好。

3.2交联剂分子官能团空间位阻的影响
交联反应实质是一个酯化反应,酯化反应过程较为复杂,反应结果主要有三种类型:一是多元醇的一个羟基与羧酸反应,生成一种支链聚合物;二是多元醇的2个羟基(或2个以上与羧酸交联,使得两个主
第4期吴志明:
醇类交联剂对聚丙酸钠高吸水性树脂吸水性能的探讨
南通职业大学学报2002年
链交联,形成吸水网络的聚合物;三是多个羟基与羧酸成脂交联,形成过密的交联点,使形成的分子网络过小。

由图1可知,交联剂用量未达到最大吸水值之前,增加交联剂的用量使树脂吸水性能增强,直至达到最大值,这是因为交联剂的羟基与羧酸的交联反应属于第二种情况的可能性较大;当交联剂用量达到一定值后,再增加其用量反而会使得树脂的吸水性能下降,且下降的趋势与交联剂的结构有关,即与交联剂官能团的反应活性有关。

本实验所用四种交联剂,1,2-丙二醇由于仅有两个羟基,它在酯化反应的三种结果中,第二种可能性最大;丙三醇和聚乙二醇第二种可能性也大;对于环己六醇,由于环上有6个羟基,空间位阻大,官能团的反应活性小,难以使羟基与羧酸成脂,可能是1个羟基成脂形成支链结构,也可能是2个对位的羟基成脂形成交联聚合物,但由于受环的影响,形成的分子网络过小,吸水性较差。

交联剂官能团反应活性越差,空间位阻越大,产生第三种结果的可能性越大。

四种交联剂用量,在越过最大吸水值后,增加用量吸水值下降速度最大的是环己六醇,其次是聚乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇。

3.3交联剂官能团数目的影响
这一影响主要指,在形成的网络结构中,存在的助吸水基团—O H的作用,按照交联剂官能团反应活性及空间位阻的影响,本实验所使用的四种交联剂,理论上讲应该是1,2-丙二醇吸水值最大,为什么实验的结果为聚乙二醇吸水值最大呢?实验中加入的交联剂在达到最大吸水值之前,使交联剂与聚合物主链形成密度较合适的交联点,虽然聚乙二醇可能有多个羟基与羧酸成脂的倾向,由于本实验对交联剂用量作了控制,这种倾向较小,聚乙二醇与1,2-丙二醇比较,除聚乙二醇交联剂与主链形成的网络空间较大外,另外在网络的内侧,交联剂分子链上存在有较多的—O H基团,这些基团有助于吸水作用。

而丙三醇,特别是环己六醇因多羟基与羧酸成脂,加上空间位阻的关系,形成的网络小而密,吸水性要比1,2-丙二醇差。

综上所述,对醇类交联剂,选用具有一定链长、官能团反应活性大、空间位阻小的分子,对吸水有利;如交联剂链段上存在着助吸水基团,则更有利于吸水性能的提高。

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A Stud y on Water Absorbenc y of Pol y(sodium acr y lateCrossl inked b y Pol y alcohol
WU Zhi-min g
(Or g anization De p art ment of CPC Committee,Nanton g Vocational Colle g
e,Nanton g226007
Abstract:Pol y alcohols are selected as crosslinkin g a g ent s for p ol y(sodium acr y late.Wit hin t he ran g e of some concen2 t ration,t he y make t he absor p tion amount of t he resin maximum.The actors which influnce absorbenc y,st ruct ure and concent ration de g rees of t he crosslinkers have also been st udied in t his p a p er.
K e y Words:crosslinkers;water-absorbin g resin;water absorbenc y;st ud y.
(责任编辑:杨林娟 18。