第44卷第6期化工技術(shù)與開發(fā)Vol 44 No62015年6月Technology Development of Chemical IndustryJun 2016丙烯酸鈉-丙烯酰胺高吸水樹脂的合成與性能任敏紅,陳權(quán)生,張玉敏,田英中國石油新疆油田分公司實(shí)驗檢測研究院,新疆克拉瑪依834000摘要:以過硫酸鉀為引發(fā)劑、NN-亞甲基雙丙烯酰胺( NNMBA)為交聯(lián)劑,采用水溶液聚合法制備聚丙烯酸鈉-j烯酰胺高吸水性樹脂,硏究了丙烯酸與丙烯酰胺比例、單體濃度、引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量以及聚合溫度對樹脂吸水性能的影響。制備的高吸水性樹脂吸蒸餾水為593g·g,吸自來水為260g·g',吸0%NaC溶液為67g·g關(guān)鍵詞:丙烯酸鈉;丙烯酰胺;溶液聚合;高吸水樹脂中圖分類號:TQ322文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1670-9905(201506-003-03高吸水性樹脂是一種適度交聯(lián)的含有強(qiáng)親水性下式計算樹脂顆粒的吸水倍率:基團(tuán)的功能性高分子材料,它具有能夠吸收自身重Q=(W2-W1)/W量幾百倍甚至上千倍的水分并保持穩(wěn)定的特性,被式中:Q為吸水倍率,g·g;W為干樹脂的質(zhì)泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、石油化工等量,g;W2為樹脂吸水后的質(zhì)量,g領(lǐng)域4。本文采用溶液聚合法,合成了丙烯酸鈉丙烯酰胺二元共聚高吸水性樹脂并對聚合條件進(jìn)2實(shí)驗結(jié)果與討論行了考察。21單體含量對吸水性能的影響1實(shí)驗及評價方法圖1為單體濃度對樣品吸水性能的影響。由曲線可以看出,隨著聚合反應(yīng)單體濃度的增加,樹脂顆1.1主要試劑粒吸水性能增加,當(dāng)單體濃度達(dá)到30%-40%時,吸丙烯酸、丙烯酰胺、NN-亞甲基雙丙烯酰胺、過水性能的變化很小。因此,反應(yīng)單體濃度應(yīng)該取在硫酸鉀(分析純)。丙烯酸在使用前進(jìn)行減壓蒸餾。30%~40%之間,考慮到烘干處理過程,實(shí)驗選定單1.2合成方法體濃度為40%。l10將單體丙烯酸(AA首先用30%的NaOH溶液中和,中和度75%,冷卻后加入一定量的水,再加入100丙烯酰胺(AM),攪拌使之溶解并充分混合。通入氮?dú)?0min之后加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑,然后采用磁力攪拌,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行反應(yīng),體系成膠后繼續(xù)恒溫2h。將反應(yīng)物冷卻后切割成小薄片,于110℃下干燥至恒量,然后粉碎、篩分成一定粒徑的顆粒。1.3吸水性能的表征圖1單體濃度對吸水性能的影響高吸水性樹脂顆粒的吸水性能用吸水倍率來描.2引發(fā)劑用量對吸水性能的影響述例。實(shí)驗稱取0lg的干燥樹脂顆粒,放入燒杯中,加人200mL水,經(jīng)過一定吸水時間后,用0.15mm篩引發(fā)劑用量直接影響聚合反應(yīng)的速度和聚合產(chǎn)網(wǎng)濾去未被吸收的水,稱取顆粒洗水后的質(zhì)量。用物的分子質(zhì)量,對于通常的自由基聚合反應(yīng),引發(fā)劑作者簡介:任敏紅(19073-),男,高級工程師,1998年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油化工系,2012年中國煤化工氣工程專業(yè)現(xiàn)從事油田化學(xué)及環(huán)境工程相關(guān)研究工作。電話:0990·6868171,E-mli:mhHCNMHG收稿日期:201503-1724化工技術(shù)與開發(fā)第44卷用量增加將使反應(yīng)速度加快。但引發(fā)劑用量較大,吸水倍率較低;當(dāng)反應(yīng)溫度較高時,反應(yīng)速度快,易反應(yīng)體系發(fā)生爆聚,反應(yīng)溫度無法控制,同時也會使引起爆聚,導(dǎo)致產(chǎn)物中低聚物含量增大,可溶性部分產(chǎn)物產(chǎn)生局部自交聯(lián),降低了樹脂的相對分子質(zhì)量。增多,吸水倍率也較低。由表2知,較為適宜的反應(yīng)另一方面,若引發(fā)劑用量太少,反應(yīng)速度過慢,影響溫度為50℃。聚合和交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行,也會使吸水能力下降。由表2溫度對吸水性能的影響表1實(shí)驗結(jié)果可以得到,當(dāng)引發(fā)劑用量大于001%編號溫度/℃吸水倍率g·g時反應(yīng)發(fā)生不同程度的爆聚,當(dāng)用量小于0.01%時100.5隨著引發(fā)劑用量的減少,合成樣品的吸水倍率減小。406234.5因此,合適的引發(fā)劑用量應(yīng)為產(chǎn)物質(zhì)量的0.01%。201.6表1引發(fā)劑用量對合成樣品吸水性能的影響編號KPS/%吸水倍率g反應(yīng)程度25單體組成對吸水性能的影響0.05爆聚1234由表3可以看出,隨著丙烯酰胺用量的減少,0.03輕度爆聚產(chǎn)品的吸水性能增強(qiáng)。這是由于-CONH2為非離子輕度爆聚246.2緩和基團(tuán),其吸水性能不如離子型基團(tuán)- COONa,從而導(dǎo)2374緩和致吸水倍率顯著下降。當(dāng)丙烯酰胺所占的摩爾比6227.1緩和達(dá)到005時,樣品的吸水倍率顯著增大,因此,AM70.0022007緩和(AM+AA)應(yīng)取005為宜23交聯(lián)劑用量對吸水性能的影響表3單體組成對吸水性能的影響編號AM/(AM+AA)吸水倍率/g·g交聯(lián)劑的用量直接影響聚合物的交聯(lián)密度,影-3207.2響高分子網(wǎng)絡(luò)容積,導(dǎo)致吸水率的改變。交聯(lián)劑用0.1量對產(chǎn)物吸水性能的影響見圖2。由圖2可以看出,0.05隨著交聯(lián)劑用量的增加,合成樣品的吸水倍率先增6-40.0后減。最大吸水能力時的交聯(lián)劑用量為產(chǎn)物質(zhì)量的0.005%。當(dāng)交聯(lián)劑用量增大時,交聯(lián)密度相應(yīng)增大2.6高吸水樹脂在不同水質(zhì)中的吸水性能吸水倍率降低。當(dāng)交聯(lián)劑用量過小時,不能形成有高吸水樹脂的親水基團(tuán)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了其效的三維網(wǎng)狀交聯(lián)產(chǎn)物,也會影響產(chǎn)物的吸水性能。吸水膨脹性能。分別在蒸餾水、自來水和09%NaCl溶液中測定了高吸水樹脂的吸水性能,結(jié)果見圖32500200600500一蒸餾水一自來水F0.9%NaCI0.060.08交聯(lián)劑/%▲▲▲圖2交聯(lián)劑用量對吸水性能的影響時向n10012014024聚合溫度對吸水性能的影響圖3不同水質(zhì)中的吸水性能在自由基反應(yīng)中,總聚合速率常數(shù)(K)與溫度樹脂顆粒遇到水時,親水基與水分子的水合作(T)之間的關(guān)系服從 Arrhenius方程式K=Ae,由用使樹脂網(wǎng)束伸展產(chǎn)牛網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外離子濃度差;網(wǎng)該式知,當(dāng)溫度較低時,聚合反應(yīng)速率小,單體轉(zhuǎn)化絡(luò)結(jié)構(gòu)中的親水中國煤化工生滲透壓率低,產(chǎn)物可溶性部分增多,聚合分子量較小,因此水分子以滲透壓CNMHG在初開始第6期任敏紅等:丙烯酸鈉-丙烯酰胺髙吸水樹脂的合成與性能吸水階段,由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)幾乎不存在水,因此內(nèi)外的滲2)合成的高吸水性樹脂吸蒸餾水倍率為透壓差很大,此時樹脂的吸水速率很大;隨著網(wǎng)絡(luò)內(nèi)593g·g,吸自來水倍率為260g·g,吸0.9%的氯水的富集,內(nèi)外滲透壓越來越小,其吸水速率也隨之化鈉為66.7g·g變小;最后網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外滲透壓處于一個動態(tài)的平衡,樹參考文獻(xiàn)脂的吸水量處于一個最大值。水中鹽濃度增加,則l侯文順.高吸水性樹脂的合成與應(yīng)用遼寧化工滲透壓下降,樹脂的吸水能力降低。樹脂顆粒在蒸05,34(1):37-38.餾水中的吸水倍率為593g·g,自來水吸水倍率為12胡濤,周蘇閩,李登好,等.丙烯酸系高吸水樹脂的改260g·g,09%氯化鈉中為667g·g2,具有較強(qiáng)的性與應(yīng)用膠體與聚合物,2006,24(2):42-443]王正輝,廖宗文.高吸水樹脂的合成及在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用吸水性能小廣東化工,2005(1):70-723結(jié)論4]鄭延成,周愛蓮.高吸水樹脂及其在石油工業(yè)的應(yīng)用油田化學(xué),2001,24(1):82-851)合成了一種聚丙烯酸鹽類高吸水性樹脂,5呂愛敏,唐紅霞,朱軼飛·高吸水性樹脂的研制U河最佳合成條件為:單體含量30%~40%、單體組成北化工,2006,295):12-14[6]李云龍,林松柏,肖春妹.高吸水樹脂吸水機(jī)理的探討AM(AM+AA)0.05、引發(fā)劑用量0.0%、交聯(lián)劑用量材料導(dǎo)報,2004(18):230-232.0.005%、合成溫度50℃。Synthesis and Characterization of Sodium Acrylate-Acrylamide SuperWater-absorbent resinREN Min-hong, CHEN Quan-sheng, ZHANG Yu-min, TIAN Ying(Research Institute of Experiment and Detection, Xinjiang OilField Company, Karamay 834000, China)Abstract: A super absorbent resin was synthesized by aqueous solution polymerization, in which the initiator was potassiumpersulphate and crosslinking agent was n, n-methylene bis-acrylamide. The influences included ratio of acrylic acid to acry lamidemonomer concent, the amount of initiator and crosslinker, reaction temperature on absorption capacity were studied. The absorbencyof the resin was 593g/g in distilled water, 260g/g in tap water, and 667g/g in 0. 9 wt% NaCl solutionKey words: sodium acrylate; acrylamide, aqueous solution polymerization; super water-absorbent resin(上接第61頁)設(shè)備、新的管理模式不斷被創(chuàng)新出來,我們只有在石油和化學(xué)工業(yè)局,2001認(rèn)識掌握油品損耗規(guī)律的情況下,合理運(yùn)用新的工[2]朱霞.油田油氣集輸設(shè)計技術(shù)手冊(上冊川M北京:石藝、設(shè)備才能將油品的損耗降至最低,從而給企業(yè)油工業(yè)出版社,1994:294-301帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。[3]王春陶.淺談如何降低油品儲運(yùn)系統(tǒng)能耗卩城市建設(shè)理論研究,2012.21參考文獻(xiàn)「1]陸萬林,李風(fēng)奇.石油庫節(jié)能設(shè)計導(dǎo)則[M北京:國家14]李征西,徐思文,油品儲運(yùn)設(shè)計手冊(上冊川M]北京石油工業(yè)出版社,1997.Loss of oil Storage and transportation and its calculationYANG Hai-hong YUAN Ying(Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)中國煤化工CNMHG