1、PDF外文：http:/ 中文 4480 字 出处： Li A, Wang A. Synthesis and properties of clay-based superabsorbent compositeJ. European Polymer Journal, 2005, 41(7): 1630-1637. 含有 粘土的 高 吸水性复合材料的制备与性质 AnLi,Aiqin Wang 生态与绿色化学中心，兰州化学物理研究所，中国科学院，兰州 730000，中国 摘要 ： 一 种由 丙烯酸 、 丙烯酰胺和无机 粘土 矿物质 通过 溶液聚合法合
2、成的 新型高 吸水性复合材料 改善 了吸水性和吸 盐 性 ， 并 用 红外 （ FTIR） ， 热重分析仪（ TGA） 和 扫描 电镜 对 复合材料进行 表征。 考察 了盐浓度，引发剂，交联剂 ， 凹凸 棒 状土 对 高吸水性复合材料 吸水性 的影响 ， 同时 也 测试了 高吸水性 复合材 料 的保水性能。和纯 的 （丙烯酸 -丙烯酰胺）高吸水性 聚合物相比，复合材料具有较好的吸水 性 和吸 盐 性 。最佳 制备工艺 条件下 ，含有 10%凸凹 棒状土的 高吸水性 复合 材 料 在蒸馏水中的吸水 倍 率 超过 1400g/g，在 0.9%NaCl 溶液中的吸水 倍 率为 110g/g。 &nb
3、sp; 关键词 ： 丙烯酸 丙烯 酰胺 凹凸棒 状 土 高 吸水性复合材料 吸水性 1.引言 超 吸水聚合物由于其宽松的 网络 交联结构能够 在 短时间内吸收大量的水 ， 并 在压力下具有 保水性能。 在过去的三十年，虽然高吸水 性聚合物已经 大量 应用 于 一次性 卫生用品产业 ， 但 其 应用领域一直 扩展到 许多领域，包括 农业和园艺 1,2， 密封复合材料 3， 人工降雪4,5，钻井液 添加剂 6，药物缓释 7-9等等。 近年 ，聚合物 /粘土 复合材料的制备 因其生产成本低、吸水性强而 得到了广泛关注 10,11。聚合物（丙烯酸） /凸凹 棒状
4、 土 高 吸水性复合材料 的 制备与吸水 机理 在我们 之前 的文章 中已经 有所 描述 。在之前的文章中 ， 我们知道 聚合物（丙烯酸） /凸凹棒状土高吸水性 复合材料在 蒸馏水中的吸水能力 相比于 纯聚 合 物 （丙烯酸）有很大的提升 ，但在盐溶液 中的 吸水率只提高了一点 点 。众所 周知 ， 一种高 吸 水 性树脂 在盐溶液中的吸水能力 在很多应用领域 也是非常 重要 的。 因此 ， 制备 在蒸馏水中 和 盐溶液中 都 具有高吸水能力的 新型高吸水性复合材料 仍然 是令人感兴趣的研究领域。 丙烯酰胺 是一种非离子单体， 作为高吸水性树脂的原料因其良 好的耐盐性 而具有巨大的优势 。 凹
5、凸 棒土对于超吸水性复合材料是很好的底物 材料 ， 是一种 表面具有 活性的 OH 基团 的 片层 硅酸 铝 盐。为了 降低 成本，提高 高 吸水 性 材料的 综合 吸水性 能 ， 将丙烯 酸和丙烯 酰胺 的共聚体 接枝 到 凹凸棒土上 ，制备 出 一种 包含聚合 物和凹凸棒土 超细分的复合材料 将是 一个 很好的 选择。 在 文章 中，我们 将 通过 丙烯酸 （ AA）和丙烯酰胺 (AM)在凹凸 棒 土 细分 上 的 接枝共聚 反应 制备 了 高 吸水性复合材料 ， 在水溶液中用 N-N 亚甲基丙烯 酰胺 （ MBA） 作为交联剂，过硫酸铵 (APS)作为引发剂。考察 各方面 因素得到最优制
6、备条件。 2.实验 2.1 原料 丙烯酸 （ AA,化学 纯 ） 使用前 进行减压蒸馏。丙烯 酰胺 （ AM,化学纯 ） ， 过硫酸铵 （ APS,引发剂， 分析纯 ）水结晶体 ， N-N 亚甲基 双 丙烯酰胺 （ MBA,化学 纯） ， 凹凸棒 状 土 （粉碎 320目 过筛） 用 37%的 盐酸 酸化 处理 48h， 用 蒸馏水 洗涤去掉多余的盐酸 ，直到 pH=7， 在 105下 干燥 8h 待用 。所 有 溶液 都 用蒸馏水配比。 凹凸 棒土的 结构示意 图 如 图 1 所示： 2.2 高 吸水性 复合材料的制备 &
7、nbsp; 准备 一系列 含有 不同 量 的凹凸 棒 土，交联剂，引发剂和不同中和度的 丙烯酸 样品 的过程 如下： 通常， 在 装 有搅拌器 、冷凝管、温度计和通入氮气的管 的四口烧瓶 中，加入 丙烯酸 (4.2g)溶解于 15 ml 蒸馏水 ， 然后用 4.6ml 氢氧化钠（ 5M）进行中和 。凹凸 棒 土 （ 0.72g）和 丙烯酰胺（ 2.13g） 加入 到 之前 部分中和的单体 溶液 中。在 氮气氛围 中 ，交联剂（ 14.3mg）加入 到 AA-AM-凸凹棒状土的 混合溶液 中 ，室温搅拌 30min。 在有效的搅拌下， 水浴 缓慢 加热 到 70时 ，加入引发剂（ 71.3mg）
8、 。 反应 3h 后 ， 最终 产物用蒸馏水 清洗 若干次， 70烘干 至恒重 ， 粉碎 过筛。所有样品的颗粒大小尺寸都 40-80 目。 2.3 交联 高 吸水性 聚合物 （丙烯酸 -丙烯酰胺） 的制备 交高 吸水性 聚合物 （丙烯酸 -丙烯酰胺） 的制备 和 高 吸水性复合材料的制备一样 但 不需要添加凹凸棒土。 2.4 吸水性 测试 一定 质量的超吸水性复合材料浸入在蒸馏水或盐水中，在室温条件下达到 膨胀平衡 。饱和 的 样品通过 100 目 网筛 过筛 与未饱和的样品进行分离。吸水能力 （ QH2O） 通过 饱和样 称
9、重定义 。 QH2O计算 公式 如下： QH2O=（ m2-m1） /m1 （ 1） 式中 m1和 m2分别 为吸水前 干燥样品的重量 和 吸水饱和 后样品 的质量， QH2O单位 为 g H2O/g。 2.5 表征 超吸水性 复合材料的红外 光 谱图 用 KBr粉末 通过 （ Thermo Nicolet, NEXUS, TM） 检测 。干燥 的样品 的 热稳定性的研究通过 TGA-7热重分
10、析仪 （ Perkin Elmer CetusInstruments,Norwalk, CT） 检测 ，温度范围 为 25-700， 升温速率 10 /min.干燥的氮气 流量速度 为（ 50ml/min） 。干燥 经过镀上金的薄层后通过 JSM-5600LVSEM instrument (JEOL, LTD)扫描其形貌 。 3 结果 与讨论 3.1引发剂 用量 的影响 图 2为 引发剂的 用 量对 高 吸水性复合材料吸水能力的影响。当 引发剂 用量 从 0.2%增至1.0%， 高吸水性复合材料 吸水率 随之 增加，继续增加 引发剂 用量 ， 吸水率下
11、降 。 平均 动力学 链长（ V）与自由 基 聚合反应中引发剂浓度的关系如下 14： V=1/2KP(fkikt)-1/2I-1/2M (2) 式中 Kp， Ki和 Kt分别为链增长，链引发，链终止的速率常数 ； f为引发剂的引发效率， I和M分别为 引发剂和单体的初始浓度。通过 方程 （ 2） ， 随着引发剂浓度的增加，自由基聚合的分子量减少 ,导致 相关 数量 的聚合物链终止增 多 。如前面 研究 所提到的 15,聚合 链的终止对吸水 率无贡献 。 因此， 增加 引发剂 是造成 吸水率的下降 的原因 ， 当 引发剂含量在最优值之下， 高吸水性 复合材料的吸水能力也下降。 这 可能 是 由于 引发剂的减少导致 引发 自由基的减少 ， 在自由基聚合反应少数的自由基无法使 网络结构 有效形成，导致吸水能力的下降 12。
