高吸水性樹脂聚丙烯鈉的制備

一、 實驗?zāi)康?/span>

1、 了解高吸水性樹脂的基本功能及其用途。

2、 了解合成聚合物類高吸水性樹脂制備的基本方法。

3、 探討反應(yīng)時間對吸水倍數(shù)的影響。

二、 實驗原理

高吸水樹脂的吸水原理：高吸水樹脂一般為含有親水基團和交聯(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)到整體的緊固。與水接觸時，因為吸水樹脂聚丙烯酸鈉生產(chǎn)廠家含有多個親水基團，故首先進(jìn)行水潤濕，然后水分子通過毛細(xì)作用及擴散作用滲透到樹脂中，鏈的電離基團在水中電離。由于鏈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脂外部，樹脂內(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)入樹脂中，形成水凝膠。同時，樹脂本身的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及氫鍵作用，又限制了凝膠的無限膨脹。

高吸水樹脂的吸水性受多種因素制約，歸納起來主要有結(jié)構(gòu)因素、形態(tài)因素和外界因素三個方面。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，樹脂分子主鏈的性質(zhì)等，樹脂的結(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，樹脂交聯(lián)密度越大，樹脂不能充分地吸水膨脹;交聯(lián)劑用量太低時，樹脂交聯(lián)不完全，部分樹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，吸收量較大; 水解度大于時，吸收量下降，其原因是隨著水解度的增加，盡管親水的羧基增多，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。形態(tài)因素主要指高吸水性樹脂的主品形態(tài)。增大樹脂主品的表面，有利于在較短時間內(nèi)吸收較多的水，達(dá)到較高吸水率，因而將樹脂制成多孔狀或鱗片可保證其吸水性。

外界因素主要指吸收時間和吸收液的性質(zhì)。隨著吸收時間的延長，水分由表面向樹脂產(chǎn)品內(nèi)部擴散，直至達(dá)到飽和。高吸水樹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;鹽類物質(zhì)的存在，會產(chǎn)生同離子效應(yīng)，從而顯著影響樹脂的吸收能力;遇到性或堿性物質(zhì)，吸水能力也會降低。電解質(zhì)濃度增大，樹脂的吸收能力下降。對于二鹽離子如，除鹽效應(yīng)外，還可能在樹脂的大分子之間羧基產(chǎn)生交聯(lián)，阻礙樹脂凝膠的溶脹作用，從而影響吸水能力，因而二價金屬離子對樹脂吸水性的降低將更為顯著。

本實驗以丙烯為聚合單體，N,N-亞雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑、過鉀為引發(fā)劑聚合。

三、 實驗儀器與試劑

試劑：丙烯(AA)、N,N-亞雙丙烯酰胺(NMBA)、過鉀(K2S2O8)、試驗用純凈水, NaOH 溶液、丙烯酰胺(AM)。

儀器： 容量瓶 ：250mL 、500mL、1000mL ;

移液管 ：1mL、5mL、10mL

量 筒 ：5mL 、20mL ;

燒 杯 ： 100mL 、250mL、500ml

表面皿、玻璃棒、天平(或電子天平)、烘箱

四、 實驗步驟與方法(示意圖)

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1、稱取11.11g過鉀在250mL燒杯中用一定量去離子水溶解，溶解完全后移至1000ml容量瓶中加水定容，由此配制得濃度為1%的過鉀溶液。

3、稱取2.25g N，N′—亞雙丙烯酰胺(NMBA)于100ml燒杯中加入一定量的去離子水溶解，溶解完全后移至500ml容量瓶中加水定容，由此配制得濃度為0.5%的N，N′—亞雙丙烯酰胺(NMBA)溶液。

(三)、實驗步驟

1. 用量筒移取10ml丙烯于100ml燒杯中，逐漸加入40% NaOH 溶液, 使其中和度為60%~ 80%;

2. 加入去離子水稀釋至單體濃度為2% ~50%, 加入交聯(lián)劑N, N-二雙丙烯胺, 將反應(yīng)瓶置于恒溫水浴中加熱，不斷攪拌直至溶解完全;

3. 用移液管量取0.5%的交聯(lián)劑1ml加入該燒杯中攪拌均勻進(jìn)行反應(yīng), 2h后停止攪拌;

4. 將溶液倒入大面積的玻璃培養(yǎng)皿中, 然后將其放入溫度為80℃烘箱中進(jìn)行干燥, 待烘烤至成型并且不再粘手時取出，用剪刀將產(chǎn)品剪成小塊，并將剪好的小塊放在表面皿繼續(xù)放入烘箱烘烤約為3~5h，直至產(chǎn)品完全干燥。

5. 將烘干后的產(chǎn)品稱取一定量放入500ml燒杯中進(jìn)行吸水倍率及彈性的測定。

6.重復(fù)1—5步，第三步的反應(yīng)時間依次加長，分別為3h、4h、5h，記錄各自的數(shù)據(jù)如表一。