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高吸水性树脂是出现于20世纪60年代的新型功能高分子材料,它可以吸收和保持自身质量几百倍甚至几千倍的水,被广泛用于医疗卫生、农林园艺、建筑材料、食品工业以及石油化工和环境保护等众多领域。本课题根据插层理论,以丙烯酸,丙烯酰胺,丙烯酸甲酯为原料,加入一定比例的有机膨润土,采用水溶液法交联共聚合成复合高吸水性树脂。在保证高吸水性树脂有较高吸水率的前提下,引入非离子亲水基团和有机膨润土,提高树脂吸收盐溶液的能力和吸水后的保水能力。
以提纯后的膨润土为原料,用十六烷基三甲基氯化铵与膨润土进行离子交换反应合成了有机膨润土,并对制备出的样品进行季铵盐交换率测试。考察季铵盐用量、反应温度和反应时间对交换率的影响。得到最佳的膨润土有机化工艺条件:加入的季铵盐与膨润土配比为115mmol/100g土,反应温度为60℃,反应时间90min。
研究了合成条件如丙烯酸中和度、单体组成、引发剂用量、交联剂用量、有机膨润土用量及反应温度等单因素变化对产品吸液性能的影响。根据前期实验数据,设计了四因素三水平的正交实验,得到合成高吸水性树脂的最佳反应条件:丙烯酸中和度为75%,单体配比n(AA):n(AM):n(MA)=8:2:1,引发剂用量为0.25%,交联剂的用量为0.03%,有机膨润土用量不超过5%(以上百分比都是相对于单体质量比),反应温度为75℃。反应温度对产品吸水倍率和吸盐水倍率的影响最大,有机膨润土的用量影响最小,可以在小于8%的范围内使用。在此条件下制备的高吸水性树脂的蒸馏水和0.9%盐水的吸收倍率为850g/g和120g/g。
多种亲水性基团有助于提高高吸水性树脂的吸液率,在共聚树脂分子链上引入一定比例的非离子亲水基团,可以显著提高共聚树脂的抗电解质能力。高吸水性树脂与膨润土复合综合了有机物和无机物的优良性能,可以有效地改善耐盐性、保水性等性能。
对膨润土和有机膨润土进行FTIR、XRD、TGA测试,证实有机季铵盐在不破坏膨润土原有的层间结构骨架的情况下,可以顺利的插层到膨润土层状硅酸盐结构中,达到对膨润土有机改性的目的,制备出性能优良的有机膨润土。插层剂进入到膨润土层间后,膨润土的层间距由改性前的d=1.2476nm扩大到改性后的d=1.9366nm。
对高吸水性树脂进行FTIR、XRD、TGA测试,表明膨润土片层表面的-OH与有机体发生接枝聚合作用。高分子链在膨润土层间发生了原位插层聚合反应,撑开了膨润土片层,形成部分剥离或是完全剥离型的非晶高聚复合树脂。合成的高吸水性树脂在温度低于200℃的时候保水性能很好,添加了有机膨润土的复合树脂具有更好的保水性性能。