CN105482024A - 一种高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法，涉及功能高分子材料的生产技术领域，本发明以高纯丙烯酸为单体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在制备过程中添加无机纳米片，利用在高吸水性树脂中引入纳米薄片，利用无机纳米片层面带有负电荷，以及大的比表面积而吸附屏蔽盐水中的离子的不良影响；同时利用纳米薄片可以与吸附水产生强的相互作用，从而实现提高高吸水性树脂的吸盐水倍率和吸水保水率。

Description

一种高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法
技术领域
本发明涉及功能高分子材料的生产技术领域，特别是高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法。
背景技术
高吸水性树脂（SuperAbsorbentPolymer，SAP）是上世纪70年代迅速发展的一类新型功能高分子材料，它含有强亲水性基团，经适度交联而具有三维网状结构，不溶于水，也不溶于有机溶剂，能够吸收达到自身总量的几百倍乃至几千倍的水，可吸收自身重几十倍的0.9%的NaCl溶液，同时，这类材料所吸收的水分即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸的稳定性好。其中，聚丙烯酸类高吸水性树脂因吸水倍数高、安全性能较好、产品质稳不腐败且合成工艺简单等优点而被研究和应用得最广。
但是目前的高吸水性树脂产品，尤其是合成系聚丙烯酸类树脂，在电解质溶液中由于同离子屏蔽效应导致其吸液倍率急剧下降，表现为耐盐性能差，而在实际的应用中大多数是在电解质溶液的环境中，如尿液、血液以及农林用的肥料水等。因此高吸水性树脂耐盐性研究具有十分重要的实际意义。
发明内容
本发明目的是提出一种稳定性好、高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法。
本发明技术方案包括以下步骤：
1）中和：将碱溶液滴加于丙烯酸的水溶液中，搅拌条件下进行中和反应，反应完成后将中和体系冷却至室温；
2）聚合：搅拌条件下，在中和体系中加入无机纳米片水分散胶体、N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，加热至40～80℃后，再加入引发剂溶液，继续加热至90～120℃进行聚合反应，取得凝胶块；
3）破碎：将凝胶块破碎成颗粒状凝胶；
4）干燥、粉碎：将颗粒状凝胶置于100～200℃条件下干燥至恒重后进行粉碎，经筛分后得到30～80目的粉状凝胶；
5）表面交联：将粉状凝胶与后表面交联剂溶液混合均匀后置于100～200℃条件烘箱中进行表面交联，取得高吸水性树脂。
本发明以高纯丙烯酸为单体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在制备过程中添加无机纳米片，利用在高吸水性树脂中引入纳米薄片，利用无机纳米片层面带有负电荷，以及大的比表面积而吸附屏蔽盐水中的离子的不良影响；同时利用纳米薄片可以与吸附水产生强的相互作用，从而实现提高高吸水性树脂的吸盐水倍率和吸水保水率。
本发明的关键技术：采用纳米技术巧妙地引入人工合成的二维纳米矿物材料，该无机纳米片与丙烯酸盐吸水树脂具有优异的相容性，在盐水体系中，无机纳米片可通过静电排斥作用而稳定，起到纳米物理交联作用，可以有效地强化吸水凝胶的强度；利用薄片层面带有负电荷，以及大的比表面积而吸附屏蔽盐水中的离子的不良影响，实现提高高吸水性树脂的吸盐水倍率；同时利用纳米薄片可以与吸附水产生强的相互作用，从而提高高吸水性树脂的吸水保水率。
本发明的有益效果是：
1、本发明方法加入无机纳米片，对人体无毒害作用，使用安全。
2、本发明方法加入无机纳米片，可大幅度降低有机交联剂的用量，从而降低有害有机物质残留，使用更加环保。
3、本发明方法加入无机纳米片，可提高高吸水性树脂的吸盐水倍率及保水性，同时还能增加吸水后凝胶的强度。
进一步地，由于氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸铵易溶于水，易与丙烯酸发生中和反应，所以，本发明所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸铵的水溶液。
在所述中和反应中，丙烯酸的中和度为50%～90%。中和度是指与碱发生中和反应了的丙烯酸占全部丙烯酸摩尔量的百分数，本发明采用该中和度的目的是调节吸收水树脂的吸水倍率、吸盐水倍率以及吸盐水速率。
由于过硫酸胺和过硫酸钾都为水溶性引发剂，易在丙烯酸及其盐聚合体系中均和均匀，快速引发聚合，所以本发明优选的引发剂为过硫酸胺或过硫酸钾。
所述后表面交联剂为乙二醇、甘油二缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二缩水甘油醚。采用以上各具体材料作为后表面交联剂的优良效果是：交联反应速度快，交联温度易于控制，交联效率高。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明的技术方案作进一步说明，但这些实施例的目的并不在于限制本发明的保护范围。在这些实施例中，除另有说明外，所有百分含量均以重量计。
实施例1：
称取37.5g，80%（重量）的丙烯酸溶液，放入烧杯中，向烧杯中加入25.4g水；称取11g碱，将其配制成30%（重量）的溶液，搅拌下向丙烯酸溶液中缓慢滴加碱溶液，滴加完毕，冰水浴冷却至室温；加入0.3g，5%（重量）的N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，搅拌均匀；将上述体系加热至75℃时，加入0.09g过硫酸铵溶液，搅拌均匀进一步将体系加热至95℃，聚合反应5min得到凝胶状物质。聚合完成后，将凝胶剪碎至粒径为1厘米大小的颗粒状，置于195℃的电热鼓风干燥烘箱中2h干燥至恒重，再经粉碎、30~80目过筛，与后表面交联剂混合均匀，在140℃的电热鼓风干燥烘箱中烘45min，得到高吸水性树脂成品。
实施例2：
称取37.5g，80%（重量）的丙烯酸溶液，放入烧杯中，向烧杯中加入20.4g水；称取11g碱，将其配制成30%（重量）的溶液，搅拌下向丙烯酸溶液中缓慢滴加碱溶液，滴加完毕，冰水浴冷却至室温；加入5g，8%（重量）的无机纳米片水分散胶体；加入0.3g，5%（重量）的N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，搅拌均匀；将上述体系加热至70℃时，加入0.09g过硫酸铵溶液，搅拌均匀进一步将体系加热至95℃，聚合反应5min得到凝胶状物质。聚合完成后，将凝胶剪碎至粒径为1厘米大小的颗粒状，置于195℃的电热鼓风干燥烘箱中2h干燥至恒重，再经粉碎、30~80目过筛，与后表面交联剂混合均匀，在140℃的电热鼓风干燥烘箱中烘45min，得到高吸水性树脂成品。
实施例3：
称取37.5g，80%（重量）的丙烯酸溶液，放入烧杯中，向烧杯中加入14.4g水；称取11g碱，将其配制成30%（重量）的溶液，搅拌下向丙烯酸溶液中缓慢滴加碱溶液，滴加完毕，冰水浴冷却至室温；加入10g，8%（重量）的无机纳米片水分散胶体；加入0.3g，5%（重量）的N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，搅拌均匀；将上述体系加热至75℃时，加入0.09g过硫酸钾溶液，搅拌均匀继续将体系加热至90℃，聚合反应5min得到凝胶状物质。聚合完成后，将凝胶剪碎至粒径为1厘米大小的颗粒状，置于100℃的电热鼓风干燥烘箱中3h干燥至恒重，再经粉碎、30~80目过筛，与后表面交联剂混合均匀，在100℃的电热鼓风干燥烘箱中烘60min，得到高吸水性树脂成品。
实施例4：
称取37.5g，80%（重量）的丙烯酸溶液，放入烧杯中，向烧杯中加入9.4g水；称取11g碱，将其配制成30%（重量）的溶液，搅拌下向丙烯酸溶液中缓慢滴加碱溶液，滴加完毕，冰水浴冷却至室温；加入15g，8%（重量）的无机纳米片水分散胶体；加入0.3g，5%（重量）的N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，搅拌均匀；将上述体系加热至80℃时，加入0.09g过硫酸铵溶液，搅拌均匀继续将体系加热至100℃，聚合反应5min得到凝胶状物质。聚合完成后，将凝胶剪碎至粒径为1厘米大小的颗粒状，置于150℃的电热鼓风干燥烘箱中2.5h干燥至恒重，再经粉碎、30~80目过筛，与后表面交联剂混合均匀，在140℃的电热鼓风干燥烘箱中烘45min，得到高吸水性树脂成品。
实施例5：
称取37.5g，80%（重量）的丙烯酸溶液，放入烧杯中，向烧杯中加入4.4g水；称取11g碱，将其配制成30%（重量）的溶液，搅拌下向丙烯酸溶液中缓慢滴加碱溶液，滴加完毕，冰水浴冷却至室温；加入20g，8%（重量）的无机纳米片水分散胶体；加入0.3g，5%（重量）的N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，搅拌均匀；将上述体系加热至75℃时，加入0.09g过硫酸钾溶液，搅拌均匀继续将体系加热至120℃，聚合反应5min得到凝胶状物质。聚合完成后，将凝胶剪碎至粒径为1厘米大小的颗粒状，置于200℃的电热鼓风干燥烘箱中2h干燥至恒重，再经粉碎、30~80目过筛，与后表面交联剂混合均匀，在200℃的电热鼓风干燥烘箱中烘40min，得到高吸水性树脂成品。
以上各例中后表面交联剂可以采用乙二醇、甘油二缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二缩水甘油醚。
本发明方法制备得到的高吸水性树脂性能测试结果如下表所示：
注：吸盐水倍率和抗压性的测定参考GB/T20405-2006。
由上表可见：本发明加入无机纳米片可以明显提高高吸水性树脂的吸盐水倍率、吸水保水性能以及离心保水量；随着无机纳米片用量的增大，使得自由保水量、离心保水量逐渐增大，而对加压吸收量及吸收速率没有不良影响。

Claims (6)

1.一种高吸盐水倍率的高吸水性树脂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）中和：将碱溶液滴加于丙烯酸的水溶液中，搅拌条件下进行中和反应，反应完成后将中和体系冷却至室温；
2）聚合：搅拌条件下，在中和体系中加入无机纳米片水分散胶体、N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶液，加热至70～80℃后，再加入引发剂溶液，继续加热至90～120℃进行聚合反应，取得凝胶块；
3）破碎：将凝胶块破碎成颗粒状凝胶；
4）干燥、粉碎：将颗粒状凝胶置于100～200℃条件下干燥至恒重后进行粉碎，经筛分后得到30～80目的粉状凝胶；
5）表面交联：将粉状凝胶与后表面交联剂溶液混合均匀后置于100～200℃条件烘箱中进行表面交联，取得高吸水性树脂。
2.根据权利要求书1所述制备方法，其特征在于：所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸铵的水溶液。
3.根据权利要求书1或2所述制备方法，其特征在于：所述中和反应中，丙烯酸的中和度为50%～90%。
4.根据权利要求书1所述制备方法，其特征在于：所述无机纳米片为合成的二维纳米矿物材料，无机纳米片的片长为0.3～2.5mm，片宽为0.3～2.5mm，片厚为15～230nm，无机纳米片的表面分布以钠离子为主的可交换的阳离子。
5.根据权利要求书1所述制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸胺或过硫酸钾。
6.根据权利要求书1所述制备方法，其特征在于：所述后表面交联剂为乙二醇、甘油二缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二缩水甘油醚。
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