高吸水性树脂丙烯酰胺_丙烯酸_对苯乙烯磺酸钠三元共聚物的合成

研究与开发( 221 ～ 223 )
高 吸水性 树脂丙烯酰胺 － 丙烯 酸 － 对 苯乙烯磺 酸钠 三元共聚 物的合成
1 2 1 余巧玲 ， 杨燕 ， 张杰
( 1． 西南石油大学 研究生院， 四川 成都 610500 ; 2． 西南石油大学 材料科学与工程学院， 四川 成都 610500 )
N， N' － 摘要: 以丙烯酰胺( AM) 、 丙烯酸( AA) 和对苯乙烯磺酸钠( SSS) 为单体， 过硫酸钾为引 发 剂， 亚甲基双丙烯酰胺为交联剂， 采用溶液聚合法制备出 AM － AA － SSS 三元共聚物。 结 果 表 明， 聚合 最佳 AM 用量 3． 3 g， SSS 用量 0． 5 g， 条件为: AA 用量 10 mL， 引发剂用量 0． 040 g， 交联剂用量 0． 010 g， 反应温 度 60 ℃ 。在此条件下， 试样的吸蒸馏水倍率为 259 g / g， 吸盐水倍率为 42 g / g。 关键词: 丙烯酰胺; 丙烯酸; 对苯乙烯磺酸钠; 溶液聚合; 三元共聚物; 吸水性树脂; 吸水倍率
+ 中图分类号: TQ 316． 33 3
文献标识码: B
文章编号: 1009 － 0045 ( 2012 ) 03 － 0221 － 03
高吸水性树脂 是 含 有 强 亲 水 基 团 的三 维 网 状结构， 并具有一 定 交 联 度 的水 溶 胀 型高分子聚 合物
［1 ］
1． 3
试样表征 采用筛网法
* 收稿日期: 2012 － 01 － 04 ; 修回日期: 2012 － 02 － 13
图1
AM 用量对吸水倍率的影响
作者简介: 余巧玲( 1986 —) ， 女， 福建霞浦人， 硕士研究生。
· 222·
石
［8 ］
化
技
术
与
应
用
第 30 卷
非离子型 单 体， 与 水分子 可 产 生 氢 键
， 亲水基
． 合成树脂及塑料， 2004 ， 21 ( 2 ) : 21 － 24． 合成［J］
相关文献链接:
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团增 多， 吸水 能 力 增 强; 当 AM 用 量 超过 一 定值 时， 由于聚合物间交 联 度 过大， 网络 孔 径 变小， 反 而使吸 水 倍 率 下 降。 因 此， 本 工 作 AM 用 量 以 3． 3 g为最佳。 2． 1． 2 反应温度
图3 引发剂用量对试样吸水倍率的影响
AM 用量为 由图 2 可知， 在 AA 用量为10 mL， 3． 3 g， SSS 用量为0． 5 g， 交联剂用 量 为0． 020 g， 引 发剂用量为0． 035 g的条件下， 实验 最佳 反 应 温度 为60 ℃ ， 此时吸蒸 馏 水 倍 率 为206 g / g， 吸盐水 倍 率为39 g / g。当反 应 温度 小 于60 ℃ 时， 试样 交 联 度低， 不利于形成 网 状 结 构， 吸水性 能 较低; 随着 反应温度 的 升 高， 分子 间 交 联 结 构 增 加， 试样 吸 反 应 速率 水性能提高; 当 反 应 温度 高 于60 ℃ 时， 过快， 易引起爆聚。 2． 1． 4
Synthesis of super absorbent resin acrylamide － acrylic acid － sodium p － styrene sulfonate terpolymer
YU Qiao － ling1 ， YANG Yan2 ， ZHANG Jie1 ( 1 ． Graduate School， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500 ， China; 2 ． School of Materials Science and Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500 ， China) Abstract: Acrylamide ( AM) － acrylic acid ( AA) － sodium p － styrene sulfonate ( SSS ) terpolymer was synthesized by solution polymerization with AM， AA and SSS as monomers， potassium persulfate as initiator，N，N' － methylene bisacrylamide as crosslinking agent． The results showed that the optimum synthetic conditions were AA 10 mL，AM 3． 3 g，SSS 0． 5 g，initiator 0． 040 g，crosslinking
第 30 卷 第 3 期 2012 年 5 月
石 化 技 术 与 应 用 Petrochemical Technology ＆ Application
Vol． 30 No． 3 May 2012

图2
反应温度对试样吸水倍率的影响
2． 1． 3
引发剂用量
图4 交联剂用量对试样吸水倍率的影响
AM 用量为 由图 3 可知， 在 AA 用量为10 mL， 3． 3 g， SSS 用量为0． 5 g， 交联剂用 量 为0． 020 g， 反 应温度为60 ℃ 的条件下， 吸水 倍 率 随着引 发 剂用 量的增加而 增 加; 当 引 发 剂用 量 达到 0． 040 g 时， 试样的吸水倍率达到最 大 值; 继 续 增 加 引 发 剂用 量， 吸水倍率反而 下 降。 这 是 因 为该 反 应 属 于自 由基反应， 引 发 剂用 量 较低时， 初始 自由 基 浓 度 低， 使得反应速率亦 低， 共聚物生成 量 少; 随着引 发剂用量增加， 活性 中心 增 多， 反 应 速率 加 快， 当 其用量达到 一 定值 时， 反 应 最 完 全， 试样 吸水 倍 率最大; 若 继 续 增 加 引 发 剂用 量， 就 会 导 致 自由 基浓度过高， 增大了自由 基 间 的 耦 合 和 歧 化 终 止 反应的几率， 同时过 量 的 引 发 剂 也 会 诱 导 单 体 均 聚反应的 发 生， 从 而 减 少 了 共聚物的生成 量， 降 低了试样的吸水性 能。 因 此， 本工 作 最佳 引 发 剂 用量为 0． 040 g。 2． 2
［2 － 6 ］
。 针 对 这 一 点， 本工 反应条件对试样吸水性能的影响 2 ． 1 ． 1 AM 用量 SSS 用 量 由 图 1 可知， 在 AA 用 量 为 10 mL， 为0． 5 g， 交 联 剂 用 量 为 0． 020 g， 引发剂用量为 0． 035 g， 反应 温度为65 ℃ 的 条件 下， 随着 AM 用 量的增加， 吸蒸馏 水 倍 率 和 吸盐水 倍 率 均 存 在 最 36 g / g) 。这是由于 AM 是一种 大值( 分别为 196 ，
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N' － 亚 甲 基 双 丙 烯 酰 胺、 氢 氧 化 钠、 过 硫 酸 钾、 AM 和 AA 均由成 都 科 龙 化 工 试 剂 厂 生 产。 以 上 试剂均为分析纯。 1． 2 试样制备 将 AA( 10 mL) 加入广口瓶中， 用摩 尔 浓 度为 10 mol / L 的氢氧化钠 中 和 至 pH 值 为 5 。 在 其 中 SSS 和 25 mL 蒸 馏 水， 加入一定 量 的 AM， 搅拌 均 N' － 亚甲基双丙烯酰胺， 匀后加入交联剂 N， 并置 于 60 ℃ 恒温水浴 中， 然 后 加 入 引 发 剂 过 硫 酸 钾， 静置 反 应 4 h。 产 物 经 70 ℃ 干 燥、 粉 碎， 即得 AM － AA － SSS 三元共聚物。
红外谱图分析 3 452． 53 cm － 1 处 为 共聚物 仲 氨 由图 1 可知，
1 660． 83 cm － 1 处 为 酰 氨 基 C O 的 基的特征 峰， － 1 167． 28 cm － 1 处 为 SO2 伸展 振 动 峰， 的吸 收 峰， 3 1 453． 46， 1 403． 69， 1 378． 80 cm － 1 处为羟基( 面内) AM， AA， SSS 发生了聚合， 吸收峰。由此可知， 在聚 合物分子上有酰氨基、 羟基和磺酸根的存在。
图5
AM － AA － SSS 共聚物红外图谱
第3 期
余巧玲等． 高吸水性树脂丙烯酰胺 － 丙烯酸 － 对苯乙烯磺酸钠三元共聚物的合成
· 223·
3
结论 AA， SSS 为 单 体， 以 AM， 采 用 溶 液 聚合 法 制 备了 AM － AA － SSS 三元共聚物。 最佳 反 应 条
［ 5］ 宋彦凤， 崔占臣， 陈欣芳． 耐盐型聚丙烯酸 类 高吸水性树脂的 ． 应用化学， 1995 ， 12 ( 1 ) : 117 － 118． 制备［J］ ［ 6］ Wan Tao， Zang Tianshun， Wang Yuncheng， et al． Preparation of water soluble AM － AA － SSS copolymers by inverse microemulsion polymerization ［J ］ ． Polymer Bulletin，2010 ，65 ( 6 ) : 565 － 576． ［ 7］ 何叶丽． 高吸水性聚合物性能指标与 测 试 方 法［J］． 化 工 新 型 1998 ， 12 ( 26 ) : 22 － 24． 材料， ［ 8］ 乔丽坤， 杨荣杰． 聚丙烯酸 类半 互 穿 聚合物 网络 吸水树脂的
［7 ］
。它不溶于 水 和有 机 溶 剂， 具 备 高分子 材
， 分 别 在 蒸 馏 水 和 盐水 溶 液中 测定试样 的吸水性 能。 在 美国 Nicolet 公司 生 产 的 6700 型傅里叶变换红外光谱仪上， 测定试样的 红外谱图。 2 2． 1 结果与讨论
Hale Waihona Puke 料的优点， 广泛应 用 于 卫 生 材 料、 农 林 园 艺、 石油 化工、 建 筑 工 程 等 行 业。 高 吸 水 性 树 脂 种 类 繁 多， 然 而 其 抗 盐性 较 差
交联剂用量 AM 用量为 由图 4 可知， 在 AA 用量为 10 mL， 3． 3 g， SSS 用量为 0． 5 g， 引发剂用 量 为0． 040 g， 反 应温度为 60 ℃ 的条件下， 试样吸水倍率随着交 联 剂用量的递增先增加后降低。由于聚合物的自交 联 反 应， 使 得 交 联 剂用 量 为 0． 025 g 时， 吸水 倍 率 略高于 0． 020 g 者。 本 工 作 最 佳 交 联 剂 用 量 为 0． 010 g， 此时聚合物吸水性和耐盐性最好， 吸蒸馏 水倍率为 259 g / g， 吸盐水倍率为 42 g / g。
AM 用 量 3． 3 g， SSS 用 量 件为: AA 用 量 10 mL， 0． 5 g， 0． 040 g ， 引发 剂 用 量 交 联 剂 用 量 0． 010 g， 反应温度60 ℃ 。 在 此 条件 下， 试样 的吸蒸 馏 水 倍 率为259 g / g， 吸盐水倍率为42 g / g。 参考文献:
作以丙烯酰胺( AM) 、 丙烯酸 ( AA ) 和 对苯乙烯磺 酸钠( SSS) 为单体， 采 用 溶 液 聚合 法 制 备 出 AM － AA － SSS 三元共聚物， 研究 了 反 应 条件 对 试样 吸 水性能的影响。
＊
1 1． 1
实验部分 原材料 SSS: 由 上 海 邦 成 化 工 有 限 公 司 生 产。 N，