聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价

耿冰涵，沈振北，李明泽，纪晓婧

（河北农业大学理工学院，河北 沧州 061100）

聚丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂的制备与评价

耿冰涵，沈振北，李明泽，纪晓婧

（河北农业大学理工学院，河北 沧州 061100）

本文以丙烯酰胺、丙烯酸为单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，采用溶液聚合的方法制备了具有吸水性能的功能性材料。通过改变单体比例、交联剂用量等方法，研究了不同合成条件下聚合物的吸水性能。结果表明，聚丙烯酸-丙烯酰胺在去离子水和生理盐水中都具有较好的吸水性能，并受反应原料比例的影响较大。

吸水树脂；丙烯酸；丙烯酰胺

吸水树脂是近年来发展较为迅速的一种功能材料，这种材料最大的特征是可以吸收并保持超过自身质量几百倍的水。在一定条件下，吸水树脂中的水还可以被释放出来。这种特性使其在保水保湿、土壤改良、尤其是生理卫生用品上得到了广泛的应用[1]。而其良好的保水性能及保水机理研究，已经成为了热点[2]。

吸水树脂优良的吸水性能主要来源于材料独特的三维网状结构及其结构中所包含的大量亲水基团。亲水基团如羧基、羟基等可以和水分子形成较强的相互作用力进行吸水[3]。同时，树脂中的三维网状结构又形成一个一个的小“房子”，通过溶胀的方式保水。本文以含有大量羧基和氨基的丙烯酸和丙烯酰胺为单体制备吸水树脂，使得树脂具有较好的吸水能力，并探讨了合成条件对树脂吸水能力的影响及其吸水机理。

1 实验部分

1.1 试剂

丙烯酸(AA)，丙烯酰胺(AM)，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)，过硫酸铵，NaCl，NaOH。

1.2 试样的制备

称取一定量的AA于烧杯中，用30%的NaOH溶液中和到预定中和度，加入定量的AM，完全溶解后转移至干净的试管中。加入一定量的N,N-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）、过硫酸铵及去离子水，混合均匀后用橡胶塞塞住试管口密封，抽真空后充入氮气以除氧。除氧完全后置于恒温水浴中反应，反应温度60℃。恒温3h后取出，得聚合物凝胶。将制得的胶体在真空干燥箱干燥，粉碎过筛后得高吸水性树脂。

1.3 树脂吸水性能的测定

称取质量为m1的树脂于烧杯中，用去离子水或生理盐水浸泡使其完全吸水，达到饱和后过筛，静置1h后进行多次称量保证滤去多余液体，称量吸水凝胶的质量m2。树脂的吸水倍率Q=(m2-m1)/m1。

2 结果与讨论

2.1 中和度对吸水率的影响

考察单体中聚丙烯酸的中和度对吸水行为的影响，结果如图1所示。中和度约为70%～80%时，树脂吸水行为最好。中和度低，则反应活性较大的丙烯酸含量高，聚合速度较快，产物的分子量较低；同时，丙烯酸盐的含量低，高分子结构中阴离子侧基之间斥力降低，都不利于形成有效的保水空间；但是中和度太高，反应物活性较低，不利于聚合，产物吸水性能也会下降。

图1 中和度对吸水率及吸盐水率的影响

2.2 单体质量分数对吸水率的影响

单体质量分数对树脂吸水能力的影响见图2。单体质量分数约为28%时，树脂的吸水倍率最大。单体质量分数太小，聚合速率较小，聚合物分子链之间不能形成有效的三维网状结构。单体质量分数过高，聚合过程中聚合速率快，分子链之间容易产生自交联，网状结构空间被压缩，吸水被限制。

图2 单体质量对吸水率及吸盐水率的影响

2.3 交联剂质量分数对吸水率的影响

交联剂质量分数对吸水效果的影响如图3所示。交联剂的质量分数在0.01%时制得的树脂吸水效果最佳，随着交联剂用量的增加，吸水率反而下降。交联剂用量太少，分子链之间交联程度太小，不足以形成三维网状结构，高分子更多的是溶解在水中。交联剂用量增加时，吸水速率迅速下降。交联剂用量增加，树脂中交联程度增加，分子链之间交联紧密，吸水时不宜扩张，吸水量有限。

2.4 引发剂质量分数对吸水率的影响

图3 交联剂质量分数对吸水率及吸盐水率的影响

图4 引发剂质量分数对吸水率及吸盐水率的影响

引发剂用量对吸水作用的影响结果如图4所示。引发剂用量较少时，分解速率较低，单体转化率低，产物分子量较小，更多的是溶于水中。而随着引发剂用量增加，引发效率增加，聚合物中形成有效的三维网状结构。引发剂用量过大时，体系内自由基密度较大，容易发生爆聚。

3 结论

本文采用溶液聚合的方法制得丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物，产品具有较好的吸水性能，并受单体质量分数、交联剂用量等反应条件的影响。在去离子水和生理盐水中的吸水率最高分别为1000g·g-1和58g·g-1。合成高吸水树脂的最优工艺条件为AA中和度70%，单体质量分数28%，交联剂和引发剂用量分别为0.01%和0.20%。

[1] 吴海霞，李继萍，李纯毅，马晓丽.基于绿色化学理念的高吸水树脂的合成及应用分析[J].化工管理，2016(27)：168.

[2] 周爱军，程余波，徐星，张皖苏，何骙，方义，昝菲.溶液聚合制备丙烯酸酯类多孔吸水树脂[J].胶体与聚合物，2015(4)：153-155.

[3] 周昌，曾永明，张宏喜，何伟，帕热达，窦明芳.可降解高吸水树脂及其在农业中的应用研究进展[J].广州化工，2016(9)：21-24.

Preparation and Characterization of Poly(acrylic-acrylamide) Absorbent Resin

GENG Binghan, SHEN Zhenbei, LI Mingze, JI Xiaojing
(Institute of Faculty of Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Cangzhou 061100, China)

An absorbent polymer was prepared by solution polymerization using acylic and acrylamide as monomers. N,N′-methyl enebisacrylamide (NMBA ) as crosslinking agent and ammonium peroxydisulfate as initiator. The infuences of the ratio of monomers, amount of crosslinking agent and some other factors on the water(normal saline) absorbency were studied. The results showed that the water (normal saline) absorbency of the resin was nice and affected by raw materials was obvious.

absorbent resin; acylic; acrylamide

TQ 323.4

A

1671-9905(2017)01-0017-02

河北农业大学渤海校区师生协同创新项目(bhxt0518)；河北农业大学大学生创新创业训练计划资助项目（20162304）

2016-11-14