水溶法制備高吸水性丙烯酸樹(shù)脂及其成型方式

馮振堂

【摘要】高吸水性丙烯酸樹(shù)脂是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。本文對(duì)高吸水性丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，分析了高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的吸水原理及其主要影響因素，闡明了我們公司水溶法制備高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，同時(shí)說(shuō)明了成型方式。

【關(guān)鍵詞】高吸水性 丙烯酸樹(shù)脂 吸水原理

1、前言

高吸水性丙烯酸樹(shù)脂是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。以往使用的吸附水材料，如紙、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15～40倍，保水能力也相當(dāng)差。近年來(lái)高吸水性樹(shù)脂發(fā)展很快，新開(kāi)發(fā)的各種類型的高吸水性樹(shù)脂相繼出現(xiàn)，種類也日益增多，并且原料來(lái)源相當(dāng)豐富。高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的特性：①高吸水性，能吸收自身重量的數(shù)百倍或上千倍的無(wú)離子水。②高吸水速率，每克高吸水樹(shù)脂能在30秒內(nèi)勃吸足數(shù)百克的無(wú)離子水。③高保水性，吸水后的凝膠在外加壓力下，水也不容易從中擠出來(lái)。④高膨脹性，吸水后的高吸水樹(shù)脂凝膠體體積隨即膨脹數(shù)百倍。⑤吸氨性，低交聯(lián)型聚丙烯酸鹽型高吸水性樹(shù)脂其分子結(jié)構(gòu)中含有竣基陰離子，遇氨可將其吸收，有明顯的去臭作用。

2、高吸水性丙烯酸樹(shù)脂吸水原理與主要影響因素

2.1 高吸水性樹(shù)脂吸水原理。高吸水性丙烯酸樹(shù)脂一般為含有親水基團(tuán)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子電解質(zhì)。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到整體上的緊固。與水接觸時(shí)，因?yàn)槲畼?shù)脂上含有多個(gè)親水基團(tuán)，首先進(jìn)行水潤(rùn)濕，然后水分子通過(guò)毛細(xì)作用及擴(kuò)散作用滲透到樹(shù)脂中，鏈上的電離基團(tuán)在水中電離。由于鏈上同離子之間的靜電斥力而使高分子鏈伸展溶脹。由于電中性要求，反離子不能遷移到樹(shù)脂外部，樹(shù)脂內(nèi)外部溶液間的離子濃度差形成反滲透壓。水在反滲透壓的作用下進(jìn)一步進(jìn)入樹(shù)脂中，形成水凝膠。同時(shí)，樹(shù)脂本身的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及氫鍵作用，又限制了凝膠的無(wú)限膨脹。

2.2 影響吸水的主要因素。高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的吸水性受多種因素制約，歸納起來(lái)主要有結(jié)構(gòu)因素、形態(tài)因素和外界因素三個(gè)方面。

2.2.1 結(jié)構(gòu)因素。結(jié)構(gòu)因素包括親水基的性質(zhì)、數(shù)量、交聯(lián)劑種類和交聯(lián)密度，樹(shù)脂分子主鏈的性質(zhì)等，樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)原料、制備方法有關(guān)。交聯(lián)劑的影響：交聯(lián)劑用量越大，樹(shù)脂交聯(lián)密度越大，樹(shù)脂不能充分地吸水膨脹;交聯(lián)劑用量太低時(shí)，樹(shù)脂交聯(lián)不完全，部分樹(shù)脂溶解于水中而使吸水率下降。吸水力與水解度的關(guān)系：當(dāng)水解度在60～85%時(shí)，吸收量較大;水解度太大，吸收量下降，其原因是隨著水解度的增加，盡管親水的羧酸基增多，但交聯(lián)劑也發(fā)生了部分水解，使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)被破壞。

2.2.2 形態(tài)因素。形態(tài)因素主要指高吸水性樹(shù)脂的主品形態(tài)。增大樹(shù)脂主品的表面，有利于在較短時(shí)間內(nèi)吸收較多的水，達(dá)到較高吸水率，因而將樹(shù)脂制成多孔狀或鱗片可保證其吸水性。

2.2.3 外界因素。外界因素主要指吸收時(shí)間和吸收液的性質(zhì)。隨著吸收時(shí)間的延長(zhǎng)，水分由表面向樹(shù)脂產(chǎn)品內(nèi)部擴(kuò)散，直至達(dá)到飽和。高吸水樹(shù)脂多為高分子電解質(zhì)，其吸水性受吸收液性質(zhì)，特別是離子種類和濃度的制約。在純水中吸收能力最高;鹽類物質(zhì)的存在，會(huì)產(chǎn)生同離子效應(yīng)，從而顯著影響樹(shù)脂的吸收能力;遇到酸性或堿性物質(zhì)，吸水能力也會(huì)降低。電解質(zhì)濃度增大，樹(shù)脂的吸收能力下降。

3、實(shí)驗(yàn)部分

3.1 試驗(yàn)試劑與主要儀器。試驗(yàn)試劑：過(guò)二硫酸鉀、N，N-亞甲基雙丙烯酞胺、可溶性淀粉、氫氧化鈉、丙烯酸、苯乙烯、去離子水等。試驗(yàn)儀器：電子天平、恒溫加熱攪拌器、燒杯、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)瓶、水浴、烘干箱、手糊成型板等。注意：丙烯酸樹(shù)脂類易與苯乙烯發(fā)生分解反應(yīng)，故而苯乙烯作為樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)的洗滌試劑，僅用于清洗實(shí)驗(yàn)反應(yīng)瓶，本品毒性大規(guī)范佩戴防護(hù)用具進(jìn)行操作。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟。取35mL蒸餾水、10mL丙烯酸于100mL燒杯中，取4g氫氧化鈉用適量水溶解，逐滴緩慢滴加至丙烯酸溶液中，使其中和度為75%，加入0.24g交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酞胺，0.2g過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑，不斷攪拌直至溶解完全，然后將燒杯放人65℃的恒溫水浴中，1h后停止反應(yīng)，取小塊反應(yīng)產(chǎn)品干燥后粉碎。

3.3 吸水倍率測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)采用自然過(guò)濾法，取0.2g完全干燥后的樣品，放人過(guò)量的水中，靜置8h，使樣品完全吸水，用紗布過(guò)濾出多余的水，稱重。

計(jì)算公式：Q=（W2-W1）/W1

W1為干凝膠質(zhì)量（g），W2為吸水后凝膠質(zhì)量（g），Q為吸水倍率（g/g）。

每克高吸水性丙烯酸樹(shù)脂能在30秒內(nèi)就吸足500～600克的無(wú)離子水，即吸水倍率約為自身重量的500～600倍。

4、高吸水性樹(shù)脂成型方式

高吸水性樹(shù)脂成型方式主要有三種：模壓成型、拉擠成型、手糊成型。

4.1 模壓成型。模壓成型工藝是利用樹(shù)脂固化反應(yīng)中各階段特性來(lái)實(shí)現(xiàn)制品成型的，即模壓料塑化、流動(dòng)并充滿模腔，樹(shù)脂固化。在模壓料充滿模腔的流動(dòng)過(guò)程中，不僅樹(shù)脂流動(dòng)，增強(qiáng)材料也要隨之流動(dòng)，所以模壓成型工藝的成型壓力較其他工藝方法高，屬于高壓成型。因此，它既需要能對(duì)壓力進(jìn)行控制的液壓機(jī)，又需要高強(qiáng)度、高精度、耐高溫的金屬模具。

4.2 拉擠成型。拉擠成型技術(shù)的工藝流程可以簡(jiǎn)要分為三個(gè)步驟：浸潤(rùn)、成型、固化/冷卻。復(fù)合材料拉擠成型工藝是在牽引設(shè)備的牽引下，將連續(xù)纖維或其織物進(jìn)行樹(shù)脂浸潤(rùn)并通過(guò)成型模具加熱使樹(shù)脂固化。

4.3 手糊成型。手糊成型又稱手工裱糊成型、接觸成型，指在涂好脫模劑的模具上，采用手工作業(yè)，即一邊鋪設(shè)增強(qiáng)材料（玻璃纖維），一邊涂刷樹(shù)脂（樹(shù)脂一般采用：合成樹(shù)脂主要是環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂）直到所需塑料制品的厚度為止，然后通過(guò)固化和脫模而取得塑料制品的成型工藝。

5、結(jié)束語(yǔ)。本文對(duì)高吸水性丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，分析了高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的吸水原理及其主要影響因素，闡明了我們公司水溶法制備高吸水性丙烯酸樹(shù)脂的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和制備產(chǎn)品，本產(chǎn)品高吸水速率并且吸水倍率約為自身重量的500～600倍，同時(shí)說(shuō)明了成型方式。旨在為同行業(yè)生產(chǎn)提供一些具有實(shí)際意義的指導(dǎo)和貢獻(xiàn)。

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