高嶺土改性蓄熱保溫高吸水樹(shù)脂的性能

柳嬋　管仁貴　辛志榮　等

摘要：以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）為交聯(lián)劑，過(guò)硫酸鉀（KPS）為引發(fā)劑，采用水溶液聚合法合成了高嶺土改性淀粉基丙烯酰胺（AM）/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）高吸水樹(shù)脂。研究了高嶺土用量對(duì)樹(shù)脂性能的影響。結(jié)果表明，高嶺土的用量為12%時(shí)，樹(shù)脂吸自來(lái)水倍率為135.3 g/g，吸鹽水倍率為93.9 g/g，吸尿倍率為 72.2 g/g，樹(shù)脂在土壤中的保水能力隨樹(shù)脂用量的增加而增強(qiáng)，且具有良好的蓄熱保溫性能。

關(guān)鍵詞：高嶺土；淀粉；土壤；蓄熱保溫；性能；高吸水樹(shù)脂

中圖分類號(hào)： TQ321.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0354-02

收稿日期：2014-09-26

基金項(xiàng)目：山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃（編號(hào)：J13LD11）；煙臺(tái)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金。

作者簡(jiǎn)介：柳嬋（1976—），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)楣δ芨叻肿印-mail：hanl1976@sina.com。親水基團(tuán)多樣化是提高吸水樹(shù)脂耐鹽性的重要方法，近年來(lái)在樹(shù)脂研究方面頗受關(guān)注[1]。高嶺土具有表面多羥基、可交換性陽(yáng)離子，分散性和親水性等特點(diǎn)，用于吸水樹(shù)脂的制備不僅可以改善材料的綜合性能，而且可以降低成本[2-4]。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）結(jié)構(gòu)中的陰離子基團(tuán)磺酸基及非離子基團(tuán)酰胺基有利于樹(shù)脂耐鹽性及吸液性能的提高。試驗(yàn)用高嶺土/AMPS改性淀粉基高吸水樹(shù)脂，在降低成本的同時(shí)提高樹(shù)脂的耐鹽性、保水能力等，以期應(yīng)用于生理衛(wèi)生用品及鹽漬干旱地區(qū)的植樹(shù)造林。

1材料與方法

1.1試劑及儀器

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、過(guò)硫酸鉀（KPS）、NaOH、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）、可溶性淀粉均為分析純；丙烯酰胺（AM）、高嶺土為化學(xué)純。冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；IRPrestige-21傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司；DM2700M金相顯微鏡，德國(guó)徠卡公司。

1.2制備方法

將1 g可溶性淀粉及15 mL去離子水充分?jǐn)嚢瑁D(zhuǎn)移至100 mL三口燒瓶中，通氮?dú)猓?0 ℃恒溫糊化1 h，降溫至 60 ℃，加入KPS溶液。0.5 h后將AMPS（冰水浴中用NaOH調(diào)節(jié)pH值至6～7）、AM、MBA、高嶺土的混合液加至三口燒瓶中，攪拌，60 ℃恒溫反應(yīng)3 h。產(chǎn)物用無(wú)水乙醇沉淀、洗滌、浸泡后，45 ℃真空干燥24 h，置于干燥器中備用。

1.3性能測(cè)試

1.3.1吸液性能及土壤中的保水能力測(cè)試方法同文獻(xiàn)[5]。

1.3.2蓄熱保溫性能取3個(gè)250 mL的錐形瓶，分別加滿自來(lái)水、空氣和吸水飽和后的樹(shù)脂，每個(gè)錐形瓶中插入1支溫度計(jì)，錐形瓶外包裹1層黑色塑料袋，將錐形瓶放于室外陽(yáng)光照射，定時(shí)記錄環(huán)境溫度及錐形瓶?jī)?nèi)的溫度。

2結(jié)果與討論

2.1紅外譜圖

圖1紅外譜圖中，c為高嶺土用量12%的樹(shù)脂。由圖1可見(jiàn)，譜圖c與b極為相似，c譜圖2 357 cm-1處有一個(gè)吸收峰，這是高嶺土層間O—H的伸縮振動(dòng)引起的[6]。a中 817 cm-1 處高嶺土Al—OH彎曲振動(dòng)峰在c中明顯減弱，這說(shuō)明在復(fù)合過(guò)程中，高嶺土表面的羥基參與了化學(xué)反應(yīng)[7]。此外a中473 cm-1處的Si-O伸縮振動(dòng)峰在c中仍然存在，其位置和強(qiáng)度變化不大。這主要由于高嶺土與聚合物的作用只有少部分進(jìn)行反應(yīng)[6]，絕大部分只是作為單純的填充。

2.2吸液能力

由圖2、圖3、圖4可以看出，不同介質(zhì)中，樹(shù)脂的吸液速率均前2 h最快，吸液倍率在2 h左右接近最大值。隨高嶺土用量的增加，樹(shù)脂的吸液倍率先增加后降低。高嶺土用量12%時(shí)，樹(shù)脂對(duì)自來(lái)水、生理鹽水及人工尿的吸液倍率最大，分別為135.3、 93.9、72.2 g/g。過(guò)量的高嶺土?xí)龃篌w系交聯(lián)密度和樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)剛性[8]，導(dǎo)致吸液能力下降。

2.3樹(shù)脂在土壤中的保水能力

由圖5可知，樹(shù)脂的加入有利于抑制土壤水分的蒸發(fā)，隨高嶺土用量的增加，抑制作用增強(qiáng)。高嶺土用量14%時(shí)， 5 d后土壤保水率為21.3%，此時(shí)不加樹(shù)脂的土壤保水率僅為16%。高嶺土的加入使樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部水分子受到的網(wǎng)絡(luò)束

縛作用增強(qiáng)，降低了土壤的失水速度。

2.4蓄熱保溫能力

從圖6可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度27.0 ℃時(shí)，空氣、水以及吸水飽和后的樹(shù)脂（高嶺土用量12%）溫度分別為40、31.4、326 ℃，7 h后，環(huán)境溫度降到了14.2 ℃，相應(yīng)的介質(zhì)溫度依次為17.0、18.0、20.0 ℃?？梢?jiàn)，吸水飽和后的樹(shù)脂放熱速度最為緩慢，具有一定的蓄熱保溫性。

2.5顯微鏡照片

樹(shù)脂吸鹽水飽和后，真空冷凍干燥，DM2700M金相顯微鏡（200×）下觀察如圖7，可見(jiàn)樹(shù)脂表面疏松多孔，凹凸不平，

有較多褶皺及深淺不均勻的溝壑，從而加大了吸附面積，有利于吸液倍率的提高。

3結(jié)論

以MBA為交聯(lián)劑，KPS為引發(fā)劑，采用水溶液聚合法合成了高嶺土改性淀粉基AM/AMPS高吸水樹(shù)脂。高嶺土用量為12%時(shí)，樹(shù)脂的吸自來(lái)水倍率、吸鹽水倍率以及吸尿倍率最大，分別為135.3、 93.9、72.2 g/g。

樹(shù)脂在土壤中的保水能力隨著高嶺土用量的增加而增強(qiáng)。吸水飽和后的樹(shù)脂具有一定的蓄熱保溫性能，有望應(yīng)用于寒冷地區(qū)及鹽漬干旱地區(qū)的植樹(shù)造林。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立穎，廖朝東，尹沾合，等. 高吸水樹(shù)脂的吸水機(jī)理及吸鹽性的改進(jìn)[J]. 應(yīng)用化工，2009，38（2）：282-285.

[2]邵水源，涂亮亮，鄧光榮，等. 復(fù)合型耐鹽高吸水樹(shù)脂的制備[J]. 化工新型材料，2009，37（5）：22-24.

[3]Wu Ji Huai，Wei Yu Eling，Lin Jian Ming，et al. Study on starch-graft-acrylamide/mineral powder superabsorbent composite[J]. Polymer，2003，44（21）：6513-6520.

[4]Li A，Wang A Q. Synthesis and properties of clay-based superabsorbent composite[J]. European Polymer Journal，2005，41（7）：1630-1637.

[5]管仁貴，柳嬋，褚菲菲. 正交設(shè)計(jì)優(yōu)化制備淀粉接枝AMPS高吸水樹(shù)脂[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（10）：265-267.

[6]樂(lè)俐，曲烈，楊久俊，等. 復(fù)合高吸水樹(shù)脂的制備及性能研究[J]. 水土保持應(yīng)用技術(shù)，2009（3）：47-49.

[7]魯金芝，張福強(qiáng)，張志斌，等. 紫外光引發(fā)制備高嶺土/聚（丙烯酸-丙烯酰胺） 高吸水性復(fù)合材料[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2007，24（5）：19-22.

[8]萬(wàn)濤，何文瓊，袁野，等. 水溶液聚合高嶺土復(fù)合高吸水性樹(shù)脂的研究[J]. 彈性體，2004，14（5）：43-46.范琳清，朱英存，趙曉語(yǔ)，等. 混凝-TiO2光催化氧化聯(lián)合處理垃圾滲濾液的研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：356-359.endprint