1、粘土矿物/聚丙烯酰胺复合高吸水性树脂的研究一 实验目的1了解高吸水性树脂的根本功能及用途。2 了解粘土矿物/聚合物复合高吸水性树脂的制备方法。3 熟悉高吸水性树脂吸水率的测试方法。二 实验原理高吸水性树脂是一种适度交联、具三维网络结构的新型功能高分子材料。其分子中含有大量的-COOH、-OH等强亲水性基团，因此具有强的吸水性；同时因具有适度交联的三维网络结构，使其在水中只是吸水溶胀而不溶解。故而这类材料具有超强的吸水、保水能力，已被广泛用于农林、园艺、工业、医疗、环保等诸多领域。高吸水性树脂先通过吸附和分散作用吸收水分，接着树脂的亲水基团通过氢键与水分子作用，离子型的亲水基团遇水开始解离，阴离
2、子固定在高分子链上，阳离子为可移动离子。随着亲水基团的解离，阴离子数目增多，静电斥力增大，使树脂网络扩张。同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，而使其浓度增大，导致树脂网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。随着吸水量的增大，网络内外的渗透压差趋向于零，并且随网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消了阴离子的静电斥力，最终到达吸水平衡。Flory在1953年从热力学的角度出发，运用弹性凝胶理论，提出了高吸水性树脂吸水率的数学表达式，该式可以描述为，高吸水性树脂的吸水率与离子的渗透压及离子与水的亲和力之和成正比，与树脂的交联密度成反比。粘土矿物是一类层状结构的含水硅铝酸盐，包括膨润土、
3、高岭土、凹凸棒石、云母等。这类矿物的外表含有大量的-OH，片层之间存在着大量可交换的阳离子。片层与片层之间的作用力为较弱的范德华力、静电力和氢键等，故层间离子较较易与其它无机物或有机物交换得到插层型粘土复合材料。以粘土矿物对聚合物改性，制备新型的粘土矿物/聚合物复合吸水材料，不仅可以提高综合性能，而且可以降低本钱。三 仪器与试剂电热套搅拌器三颈瓶 试剂瓶球形冷凝器量筒 烧杯 温度计 药勺 天平 抽滤瓶 抽滤器 丙烯酰胺(AM)N,N-亚甲基双丙烯酰胺MBA 过硫酸铵APS NaCl 膨润土高岭土 四 实验步骤1将6g丙烯酰胺和 20ml去离子水参加装有冷凝管、温度计和搅拌装置的150ml三颈瓶
4、中搅拌溶解。升温至60，分别参加0.005g/mL的MBA(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)溶液 1mL和0.1g/mL的APS(过硫酸铵)溶液1mL，搅拌12小时直至有凝胶生成。取出凝胶，剪切为小块盛在外表皿中，在100下枯燥大约8h至恒重。2将1g 膨润土、6g丙烯酰胺和 20ml去离子水参加装有冷凝管、温度计和搅拌装置的150ml三颈瓶中，升温至60后搅拌30min使膨润土在丙烯酰胺中分散均匀。分别参加0.005g/mL的MBA溶液 1mL和0.1g/mL的APS溶液1mL，搅拌12小时直至有凝胶生成。取出凝胶，按1中方法处理。3. 将1g 高岭土、6g丙烯酰胺和 20ml去离子水参加装有冷凝
5、管、温度计和搅拌装置的150ml三颈瓶中，升温至60后搅拌30min使高岭土在丙烯酰胺中分散均匀。分别参加0.005g/mL的MBA溶液 1mL和0.1g/mL的APS溶液1mL，搅拌12小时直至有凝胶生成。取出凝胶，按1中方法处理。4. 将4g丙烯酰胺，2g中和度80%的丙烯酸，和 20ml去离子水参加装有冷凝管、温度计和搅拌装置的150ml三颈瓶中搅拌溶解。升温至60，分别参加0.005g/mL的MBA(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)溶液 1mL和0.1g/mL的APS(过硫酸铵)溶液1mL，搅拌12小时直至有凝胶生成。取出凝胶，按1中方法处理。五 数据记录与处理1 吸水倍率测定：称取0.5g枯燥的吸水树脂于200ml烧杯中，参加100ml去离子水，室温下溶胀3h，滤沥30min，量出滤液体积，用下式计算吸水倍率：吸水倍率(ml/g)=(参加去离子水体积-滤出去离子水体积)/枯燥吸水树脂质量以0.9%NaCl溶液代替去离子水，求吸盐倍率，操作计算同上。2 吸水速率的测定测定树脂不同时间的吸水率，以吸水率对时间作图，得到吸水速率曲线。六 讨论与思考1参加粘土矿物后制备的高吸水性树脂性状与未加的粘土的有何不同？ 2影响高吸水性树脂的吸水率的因素有哪些？3 查阅资料，高吸水性树脂的制备方法有几种？