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高吸水性树脂的合成技术研究进展

发布时间:2019-05-22 10:07:06

高吸水性树脂的合成技术研究进展

生意社10月15日讯

目前,对于高吸水性树脂的合成体系的研究,主要集中在淀粉接枝共聚物和合成树脂,纤维素接枝共聚体系研究较少,可能是因为反应条件苛刻、工艺复杂。本文分别介绍淀粉系、纤维素系和合成树脂系高吸水性树脂的合成。 1、淀粉系高吸水性树脂 淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接枝共聚反应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的烯类单体,式中R为H或烷基,X主要为—COOH,—COOR,—CN,—OH,—CONH2等基团。 淀粉接枝共聚反应,有用负离子催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚,也有自由基型接枝共聚,而目前合成高吸水性树脂常采用的是自由基型接枝共聚。自由基型接枝共聚,是使淀粉分子产生自由基,由于产生的方式不同,接枝机理也有差别。利用γ,α,β射线及过氧化物、偶氮化合物和氧化还原等引发剂,则它们能够使淀粉分子中带羟基的碳原子上的氢被夺走,而产生自由基,然后再引发单体,成为淀粉-单体自由基,继续与单体进行链增长聚合,发生链终止。 高吸水性树脂的研究是以淀粉接枝丙烯腈开始的。首先由美国Fanta等用硝酸铈铵为引发剂,淀粉接枝丙烯腈获得成功。Gugliemelli等研究了皂化水解淀粉-丙烯腈接枝共聚物,Weaver等在此基础上制得吸水性聚合物“HSPAN”。淀粉接枝丙烯腈制得的共聚物,是带—CN基的接枝物。—CN基是憎水基团,故此种化合物不吸水。为了使它吸水,必须加碱水解,使—CN基变成—CONH2,COOH和—COOM(M为碱金属离子)等亲水基团,才能成为吸水性产物。 淀粉接枝丙烯酸(盐)高吸水性树脂是通过淀粉的多糖与丙烯酸(盐)在交联剂存在下聚合得到的,这种树脂具有高吸水性能且可生物降解,当使用丙烯酸作接枝单体时,聚合在水中进行,生成白色弹性凝胶接枝聚合物,用苛性钠水溶液水解此凝胶,然后干燥并粉碎。当使用丙烯酸钠和丙烯酸作接枝单体时,聚合在甲醇水溶液中进行,所使用的丙烯酸钠与丙烯酸摩尔比为80∶20~70∶30。若将淀粉和单体的水溶液分散在烃类分散介质中,加入表面活性剂搅拌分散成悬浮液,然后加入引发剂,加热聚合,也可得到高吸水性接枝产物,此合成为反相悬浮(乳液)聚合。采用反相悬浮聚合,可克服水溶液接枝聚合所带来的接枝产物粘度高、产物处理困难等问题。淀粉接枝丙烯酰胺的基本原理与接枝丙烯腈、丙烯酸(盐)相似。其不同之点在于丙烯酰胺在淀粉后接枝后的产物,不是离子型产物,因此不需要碱中和;另一方面它不像丙烯腈接枝在淀粉上带亲油性基—CN,要用碱皂化变成亲水基(变为—CONH2和COOH),它本身是带亲水基团—CONH2的产物,具有很强的吸水性,故不需要皂化,其本身就是高吸水性树脂。同时,将它皂化水解也可变成带羧基和酰胺基的高吸水性树脂,因此淀粉接枝丙烯酰胺直接就得高吸水性的水凝胶,而且这种水凝胶是非离子型的,电解质及pH值对它的吸水性能影响较小。它还可以进一步水解制备阴离子型高吸水性树脂。 2、纤维素系高吸水性树脂 由于淀粉系高吸水性树脂的出现,使人们想到用纤维素为原料制备高吸水性树脂。纤维素与淀粉一样,原料来源广,能与多种低分子反应,是近十多年来吸水性材料发展的一个方面。纤维素具有很强的吸水性,这一方面由于它是亲水性的多羟基化合物;另一方面因为它是纤维状的物质,有很多的毛细管,表面积大。因此,它作为吸水性材料获得了广泛的应用。但是纤维素的吸水能力不强,为了提高其性能,主要是通过化学反应使它具有更强或者更多的亲水基团,但仍然成为纤维状态,以保持它表面积大和多毛细管性。制备的方法一般是通过醚化、酯化、接枝共聚等方法中的一种或几种,以制备纤维素基吸水性材料。 3、合成树脂系高吸水性树脂 合成树脂系高吸水性树脂自70年代以来迅速兴起。首先在日本发展迅速,紧接着美国、德国、法国、英国等广泛研究,已成为高吸水性树脂发展的重要方面。现在已工业化生产的高吸水性树脂以合成树脂系-聚丙烯酸钠占主导地位。 合成树脂系高吸水性树脂目前的种类也很多,且随着研究的深入,越来越多,主要有丙烯酸(盐)类、丙烯腈类、聚乙烯醇类等。其中以聚丙烯酸(盐)类重要。合成树脂系高吸水性树脂实际上是一种低密度交联的高分子聚合物。水溶性高分子化合物进行交联,其性能依其交联程度的变化,由水溶性转变为膨润性的树脂,若进一步的交联就变成吸水性树脂。依交联程度可分为交联度高和交联度低两种,前者称之为高密度交联,后者称之为低密度交联。高密度交联的树脂,由于交联密度高,阻碍水的渗入,吸水能力很低,不是高吸水性树脂,只能说是亲水性树脂或低吸水性高聚物。低密度交联的树脂,过去没有引起人们的注意。人们在发现了高吸水性树脂并发现高吸水性树脂就是一种低密度交联的高聚物后,由此而引起人们对低密度交联树脂的重视。交联密度低,水分子容易渗入树脂中使树脂膨胀,进一步亲水而凝胶化,成为高吸水性状态。但交联密度不能太低,否则就会溶解于水。因此,是在不溶于水的状态下处于交联程度的树脂,才有可能是高吸水性的高聚物。相关关键词:铜 铝 铅 锌

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