单纯形法合成耐盐高吸水树脂

［］ ７均未 考 虑交 互作 用 ， 都 只进行 一 轮正 交 优化 。事实 上 ， 吸水树 脂 合成 中实验 因素 变化 范 围很 难估 计 ， 且 高
且 因素 间交互 作用 情况 不 明 ， 以正 交实 验设 计法 并不 是很 适合 。 所 根据 以上 分析 ， 者选 择采用 单 纯形 法寻 找反 应优 化 条件 。该方 法是 一种 序贯 实验 方法 ． 笔 尤其 适合 变化
１１ 吸 水 树 脂 的 合 成 ．
量取 一 定量 的丙烯 酸 于烧 杯 内 ， 在冰 水浴 中慢慢 滴 加氢 氧化 钠 溶液 ， 丙烯 酸 达 到所 需 中和 度 ， 后 依 使 然 次加 入 Ａ ＭＢ Ａ Ｓ和适量 的水 ，所 得混 合 液充 分搅 拌 、溶解 。然 后 向混合 溶液 中滴 加 亚硫 酸氢 钠溶 液， Ｍ、 Ａ、 Ｐ
单 纯形 法是 应用 规则 的几何 图形 ， 过计算 单 纯形 顶点 的函数值 ． 据 函数值 大小 的分 布来 判 断 函数 变 化 的 通 根
趋势 ， 后按 一 定 的规则 搜索 寻优 的方 法 。 然
单 纯形 的各 顶 点就 是实 验点 。 以两 因素单 纯形 的推 移过 程 为例 （ 图 １ 示 ） 两 因素实 验在 二维 空 间 中 如 所 。
水树 脂 ， 利用 两类 吸 水基 团 的协 同效 应 ， 以大 大 提 高树 脂 耐 盐 性 。 以部 分 中和 丙 烯 酸 （ Ａ）和 丙烯 酰胺 可 Ａ
（ ＡＭ） 主要 原料 合成 吸水 树脂 很早 就受 到人 们关 注 ， 为 已经 有不 少报 道 ， 文 献数 据相 差很 大 。 但 以文献 进行
也 不清 楚 ， 用传 统单 因素实 验 法工 作量 较 大 ， 采 可靠 性也 不 高 。正交 实 验设 计法 虽 然适 合 于多 因素实 验 ， 但 需要 先估 计 实验 范 围 ， 然后 在 该范 围 内寻找 最优 条件 。 实验 范 围的正 确估 计是优 化 成败 的关键 。 把实 验 范 围 估 计得 太 大 ， 为保 证 精度 就必 须 设置 较 多 的水平 数 ， 这样 实 验 总次 数就 会很 多 （ 交设 计 的实 验次 数 至少 是 正 因素水 平数 的平 方 ） 工作 量并 未减 轻 。而 把实 验范 围估 计得 较小 ， ， 采用 低水 平数 的正 交 实验 ． 完成 一轮 正交 实 验往 往 只能获 知优 化方 向。要 获得 最优 反应 条 件 ， 要进 行 多轮 正交设 计 ， 需 优化 速度 很慢 。文献『１ ４和文献
的 过程 中发 现 ，Ａ Ｓ Ｐ的吸水性 受 溶液 电解 质 的影 响很 大 。通 常情 况下 Ｓ ＡＰ在 ０９ ａ １ 液 （ 当于生 理 盐 ． ％Ｎ Ｃ 溶 相 水） 中的吸液 率 只有在 纯水 中吸液率 的 ５ １ ％左 右【】 就 大大 限制 了它 在某些 领域 的应 用 ， ％～ ５ ｌ 。这 ＿ ３ 如婴儿 尿 不 湿等 。因此 ． 提高 Ｓ Ｐ的 耐盐性 是 扩展其 应用 的关 键 。 Ａ
烯酰 胺 （ Ａ） ＭＢ 为化 学纯 试剂 ， 直接 使用 。 力 电动搅 拌机 ，Ｂ ０ Ｄ型 ， 海标 本模 型厂 。 空干燥 箱 ， Ｚ 一 均 强 Ｊ９一 上 真 Ｄ Ｆ
６ ２ ， 海益 恒实 验仪 器有 限公 司 。 电子天 平 ， Ｓ ２ Ｓ 北京 塞多 利仪 器 系统有 限公 司 。 ０，上 ５ Ｂ ２３ ，
采 用 水 溶 液 聚 合 法 合成 耐 盐 高 吸 水 树 脂 。 用 单 纯 形 优 化 法 获 得 了 单体 配 比 、 烯 酸 中 和 度 、 发 剂 用 量 、 联 剂 用 运 丙 引 交 量 的 优化 条件 组 合 ， 脂 在 ０ 树 ． Ｎ Ｃ 溶 液 中 的最 高 吸盐 水 率 达 １３９ｇｇ 。还 考 察 了溶 液 盐 浓度 、Ｈ 值 和 温 度 等 ９％ ａ １ ４． ・ ｐ
第 ２ ８卷 第 ３ 期
２ １ ０ １年 ９ 月
苏 州 科 技 学 院 学 报 （ 然 科 学 版） 自
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ｈ ｕＵｎｖ ｒｉｙｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ （ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅ） ｏ ｒａ ｆＳ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎａｕａ ｃｅ ｃ
对树 脂 吸 液性 能 的影 响 。
关键 词 ： 纯 形 ； 水 树 脂 ； 烯 酸 ； 烯 酰胺 单 吸 丙 丙
中图分类号： Ｑ ３３ Ｔ ０—９
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：１７ — ６ ７ ２ １ ）３ ０ ３ — ， ６ ２ ０ ８ （０ １０ — ０ ３ ０
高吸水 性 树脂 （ｕ ｅ ｓｒｅ ｔ ｏｙ ｅ ， Ｓｐｒ Ａｂｏｂ ｎ ｌｍ ｒ简称 Ｓ Ｐ 是 一种 含 有羟 基 、 Ｐ Ａ ） 羧基 等 强亲 水性 基 团 ， 具有 一 定 并 交 联度 的新 型功 能高 分子 材料 。 与传统 的吸水材 料 如海绵 、 花 、 维 素 、 胶 相 比 ，Ａ 棉 纤 硅 Ｓ Ｐ具 有 以下三 大特 点 ： （） １ 吸水 能 力高 ， 可达 自身质量 的几 百倍 至 上千倍 ， 而传统 吸水 材料 最 多仅有 几 十倍 ；２ 保 水能 力 高 ， （） 即使 受 压 也不 易失 水 ；３ 具 有 高分子 材料 的 弹性 、 （） 可塑 性 、 学性 能 ， 力 且性 能 可调 ， 易于 加工 。 由于这些 特 点 ，Ａ Ｓ Ｐ的
７ ０℃搅 拌反 应， 系 粘度 逐渐 加 大并 伴 有放 热 现象 。反应 ２ ｎ后 ， 体 ０ｍｉ 将所 得凝 胶 倒入 干 净磁 盘 中 ， ７ ｃ 于 ５ｃ 烘箱 内干燥 至恒 重 ， 即得 产 品。
１ ． 树 脂 吸 盐 水 率 的 测 定 ２
称 取 ０ ０ｇ 右 的树脂 于烧 杯 中 。加 入 ３ ０ｍＬ０９％ Ｎ Ｃ 溶 液 ，５℃浸 泡 ２ ． 左 ２ ０ ． ａ１ ３ ４ｈ后 用 ２ ０目的布袋 过 ０
范 围难 以估计 、 优化 方 向难 以确 定 的情 况 。它 能在 交 互作 用 复杂 、 因素较 多 的场 合使 用 ， 实验 有 全 面优 化 对 的效 果 。单 纯形 法 可 随时 调整 最优 方 向 ， 调优 速 度较 快 ， 在实 验 次数 较少 的情 况 下 ， 能 快速 地 找 出最 佳 条件
２１ 单纯 形优 化方 法简 介 ．
单 纯形 是指 多维 空 间 中的一 种 凸图形 。 的顶 点 数仅 比空 间 的维 数 多 １ 它 。二维 空 间 的单 纯形 是 三角 形 ：
三维 空 间 的单 纯 形是 四面体 ，每 个面 是一 个三 角形 ； 空 间的单 纯 形则 是 由 ｎ １个顶 点 构成 的超 多面体 。 维 ＋
组 合 。单 纯形 法尽 管在 分 析化学 领 域 已有很 多 应用 Ｏ 但 在高 分子 合 成领域 的应 用还 是 空 白。 ｌ ，
以丙 烯酸 和丙烯 酰 胺 为单体 ， Ｎ’亚 甲基 双 丙烯 酰 胺 为交 联剂 ，采 用水 溶 液 聚合 法合 成 吸水 树脂 ， 一 聚
合操 作 简单 ， 结果 重现 性好 。聚合 反应 以水 溶性 氧化 还原 体 系为 引发剂 ， 应速 率快 ， 成效 率高 ， 至可 以 反 合 甚
现 了单 纯形 的推移 。 里 Ｄ 点称 为 Ｃ关 于 Ｅ的反 射点 。Ｅ称 为 Ａ 和 Ｂ 的重心 点 。新单 纯形 向最佳 目标 点不 这
含有 阴 离子 基 团 （ 如羧 酸根 ） 的树脂 具 有 吸水 能力 强 的优 点 ， 对 电解 质 离子 十分 敏感 。非 离子 型 基 团 但 （ 如胺 基 ） 则对 电解 质 离子敏 感度 低 。 两 者结 合在 一起 ， 成 由阴离 子 吸水基 团 和非离 子 吸水 基 团复 合 的吸 将 合
在不 避 空气 的敞 开体 系 中进 行［ 因此 ， ７ １ 。 笔者 选 择 以过硫 酸铵 和亚 硫 酸氢 钠体 系 为聚 合 反应 引发 剂 ， 用 水 采 溶液 聚合 法合 成 耐盐 高 吸水树 脂 。
１ 实验 部 分
丙烯 酸 （ Ａ） 丙烯 酰胺 （ Ｍ）过 硫 酸铵 （ Ｐ ） 氢 氧化 钠 、 Ａ 、 Ａ 、 Ａ Ｓ、 亚硫 酸 氢钠 为分 析 纯试 剂 ， ， 一 甲基 双丙 ＮＮ’ 亚
研 究发 展极 为 迅速 ， 已被 广泛 应用 于农 、 、 林 园艺 、 医疗卫 生 、 品工 业 、 食 石油 化 工及 建筑 材料 等 众多 领域 ， 如 在农 、 业方 面 ， 林 吸水 剂可用 于 抗旱 节水 、 子包 衣 、 壤改 良 、 种 土 沙漠 改造 、 植树 绿化 等 。但是 人们 在使 用 Ｓ Ｐ Ａ
【 稿 １期】 ０ ０ — ８ 收 ５ ｔ ２ １－ ３ １ １
【 者 简 介］ 作 ￣
（９ ５ ）男 ， 苏 苏 州 人 ， 授 ， 士 ， １６ 一 ， 江 教 博 研究 方 向 ： 能 高 分 子 材 料 。 功
３ ４苏州科技Biblioteka 学院 学报 （ 自然 科 学版 ）
２１ ０ １年
Ｖｏ ＿ Ｎｏ ３ Ｉ ２８ ． Ｓ ｐ ２０１ ｅ ． １
单纯形法合成耐盐高吸水树脂
袁 福 根 ，张 晓绘 ，杨 佳 炜
（ 州 科 技 学 院 化 学 与 生物 工 程 学 院 ， 苏 苏 州 ２ ５ ０ ） 苏 江 １０ ９
摘
要 ：以丙 烯 酸 和 丙烯 酰胺 为单 体 ， ， 一 甲基 双 丙 烯 酰 胺 为 交 联 剂 ， ＮＮ’ 亚 以过 硫 酸 铵 和 亚 硫 酸 氢 钠 体 系为 引发 剂 ，
０８ ７０２ ％同 。各文 献报 道 的最佳 条件 差异 较 大 。 ． ￣ ．５ 等 ％ｔ 、
目前 ， 文献 采用 的实 验方 法 主要是 传统 单 因素 实验法 ， 即固定 其他 因素 不变 ， 对某 一 因素进 行单 变求 优 ，
个 别采 用 了正 交 实验 设计 法ｌ ｊ 由于 吸水树 脂合 成 实 验 中需要 调 变 的因 素较 多 ， 。 ４ ． ７ 因素 间是 否存 在 交互 作 用