羟化聚天冬氨酸/氨基化膨润土复合吸水性树脂的制备及性能

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聚天冬氨酸(Polyaspartic acid,PAsp)是一种无毒、无害、可生物降解的新型功能高分子材料,具有广阔的应用前景。然而纯组分的PAsp由于性能单一,耐盐性差,凝胶强度低且生产成本较高等不足,在使用中受到了极大的限制,为此,本文在反相悬浮体系中,以中间体聚琥珀酰亚胺(Polysuccinimide,PSI)和氨基化膨润土(Amino-modified bentonite,AMB)为原料,己二胺为交联剂,乙醇胺为改性剂,制备了新型的粒状羟化聚天冬氨酸/氨基化膨润土(HPAsp/AMB)复合吸水性树脂。为了使氨基化膨润土与PSI更有效的复合,本文首先采用季铵盐阳离子交换剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对膨润土进行插层反应,使其层间距增大,然后用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对插层膨润土进行改性,制备得到氨基化膨润土(AMMB),在膨润土表面引入氨基,从而增加了其与聚合物PSI的相容性。采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)及扫描电镜(SEM)对插层改性前后粘土的结构分析发现:①从FTIR可知,CTAB和KH-550已与膨润土成功复合;②从XRD可知,与膨润土相比,插层膨润土和AMB的层间距都有所增大,说明CTAB和KH-550已进入膨润土的层间;③从扫描电镜图片中得知经过插层和氨基化后的膨润土,其颗粒减小,比表面积变大,且其分散性变好。为了改善PAsp高吸水性树脂的吸液性、耐盐性和保水性,并降低其生产成本。本文采用反相悬浮法,将PAsp与AMB、乙醇胺复合制备得到HPAsp/AMB复合吸水性颗粒树脂。在奥特光学数码显微镜下观察树脂的颗粒形态特征,同时探讨了分散剂和交联剂的含量对树脂颗粒形态的影响。结果表明:颗粒树脂的粒径随着分散剂的含量增加而减小,随着交联剂的含量的增大而增大;当分散剂的含量为2wt%,交联剂的含量为2.5mol%,搅拌速度为250r/min,油相与非极性相的体积比为3:1,PSI溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的浓度为20%,合成树脂的颗粒大小均匀且不粘结。本文在单因素实验中考察了分散剂、交联剂、AMB、乙醇胺用量对复合吸水性树脂的吸液性能的影响。结果表明:复合吸水性树脂的吸液倍率随着分散剂、交联剂、AMB、乙醇胺的用量的增加先增大后减小,其最佳反应条件为:分散剂用量为石蜡的2wt%,交联剂用量为PSI的2.5mol%,AMB用量为PSI的3wt%,乙醇胺的含量为PSI的15mol%。本研究在同等条件下,对羟化聚天冬氨酸/氨基化膨润(HPAsp/AMB)、聚天冬氨酸/氨基化膨润土(PAsp/AMB)、羟化聚天冬氨酸(HPAsp)和聚天冬氨酸(PAsp)高吸水性树脂的耐盐性,pH敏感性,热敏感性等进行了研究比较,结果显示:HPAsp/AMB复合吸水性树脂在不同的盐溶液、pH的缓冲溶液和温度下的吸液性能得到明显改善。并通过扫描电镜(SEM)对这些吸水性树脂进行表面形态表征,结果发现:HPAsp/AMB和PAsp/AMB复合吸水性树脂的表面更加粗糙,孔结构更加明显,而HPAsp和PAsp吸水性树脂的表面光滑平整,表明了引入氨基化膨润土对树脂吸液性能产生重要的影响。
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