一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法技术

一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法，本发明专利技术涉及含一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有高吸水性树脂去溶胀率和吸水能力欠佳的问题。本发明专利技术是在制备的聚丙烯酸‑co‑N‑异丙基丙烯酰胺P(NIPAM‑co‑AA)和P(NIPAM‑co‑AM)基础上同时添加了羧甲基纤维素钠和有机蒙脱土两种物质。本发明专利技术树脂CMC‑g‑AA‑NIPAM/OMMT的最高吸水率可达368g/g；树脂CMC‑g‑AM‑NIPAM/OMMT的最高吸水率可达53g/g。本发明专利技术应用于高吸水性树脂领域。

A superabsorbent resin containing montmorillonite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法
本专利技术涉及一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法。
技术介绍
高吸水性树脂(superabsorbentpolymer，简称SAP)，是物理或化学交联三维亲水聚合物网络，是能够吸收大量的水，由于成分之间存在化学或物理交联，它们是不可溶的。虽然树脂的吸水量较大，但在经济科技发展下，我们对树脂的吸水量需求提高，对树脂的吸水环境也提出了要求，需要提高树脂得到功能性从而适应不同的环境，同时也要节省吸水的时间和经济成本。为适应特定的环境或要求，树脂需要在相对快速的时间里的做出相应的响应，如需在一定条件下快速的去溶胀或大量的吸水，但现有高吸水性树脂去溶胀率和吸水能力欠佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有高吸水性树脂去溶胀率和吸水能力欠佳的问题，提供了一种含有蒙脱土的高吸水性树脂及其制备方法。本专利技术一种含有蒙脱土的高吸水性树脂为羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土或羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法按以下步骤进行：一、将钠基蒙脱土放在三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温加热磁力搅拌器中并加入蒸馏水，匀速搅拌并升温至70-80℃，加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，搅拌速率800转/分钟,保温4-6小时，抽滤，再用蒸馏水浸泡4-8小时，抽滤，干燥，得到有机蒙脱土；二、将羧甲基纤维素钠置于恒温加热磁力搅拌器中并加水使其溶解，在30-40℃和充满N2的条件下充分搅拌，得到羧甲基纤维素钠水溶液；三、向羧甲基纤维素钠水溶液中加入丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、有机蒙脱土和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分搅拌15-20min；然后加入引发剂过硫酸铵，升温至60℃，充分反应3-4小时，得到透明胶块状样品，取出样品，切碎；四、用去离子水洗涤切碎的样品2-3次，浸泡在无水乙醇中洗涤2-3次，放入70℃真空烘箱中干燥，粉碎，得到高吸水性树脂羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法按以下步骤进行：一、将钠基蒙脱土放在三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温加热磁力搅拌器中并加入蒸馏水，匀速搅拌并升温至70-80℃，加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，搅拌速率800转/分钟,保温4-6小时，抽滤，再用蒸馏水浸泡4-8小时，抽滤，干燥，得到有机蒙脱土；二、将羧甲基纤维素钠置于恒温加热磁力搅拌器中并加水使其溶解，在40℃和充满N2的条件下充分搅拌，得到羧甲基纤维素钠水溶液；三、向羧甲基纤维素钠水溶液中加入丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、有机蒙脱土和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分搅拌15-20min；然后加入引发剂过硫酸铵，升温至60℃，充分反应3-4小时，得到透明胶块状样品，取出样品，切碎；四、用去离子水洗涤切碎的样品2-3次，浸泡在无水乙醇中洗涤2-3次，放入70℃真空烘箱中干燥，粉碎，得到高吸水性树脂羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。纤维素分子是由D-葡萄糖基通过β-1,4苷键连接而形成的高分子化合物。但是天然纤维素的吸水能力并不强，以纤维素直接接枝的高吸水树脂往往存在吸盐水倍率低，吸液速度慢的缺点。为了增加纤维素的性能，通常通过化学反应处理纤维素，使得纤维素的结构发生变化，或是使其具有更多的亲水基团。通过用一氯乙酸将天然纤维素改性处理，引入羧甲基后制备羧甲基纤维素钠(CMC)，CMC的外观是一种白色纤维状或颗粒状粉末，无臭无味，有吸湿性，虽然不溶有机溶剂，但很易溶解于冷水或热水中，形成透明的溶液。CMC接枝P(NIPAM-co-AA)后，由于CMC分子与水分子通过氢键和范德华力等分子力的作用，以及分子间的相互缠绕结合，形成了一个三维网状的空间结构，从而使CMC-g-NIPAM-AA能够结合大量的水。蒙脱土矿物是层状硅铝酸盐晶体，在晶体层之间存在范德华力和静电吸引力，在层之间存在某些夹层阳离子以维持晶体层中的原子取代和晶胞破坏所产生的负电荷。由于不同的粘土矿物层具有不同的作用方式，因此对水的亲和力是不同的，蒙脱土硅酸盐层之间的结合力较弱，与树脂之间的复合方法主要是嵌入式，使得所得复合材料在分散规模上达到纳米尺度，并且通过聚合物网络中的晶体颗粒分散来增加聚合物内的离子浓度和渗透压，从而提高耐盐性和吸水性。蒙脱土还可以增加复合树脂的去溶胀率，是因为有机蒙脱土(OMMT)在复合树脂中有交联剂具有的作用，可作为交联点，可以与基团交联以形成具有较好交联密度的网络结构，增大了凝胶收缩时的压力，加快了失水的速度，所以添加OMMT的高吸水性树脂去溶胀率更好。CMC在引发剂的作用下的发生分解的过程为：本专利技术所选用的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)：CH2＝CH-CO-NH-CH2-NH-CO-CH＝CH2CMC-g-AA-NIPAM反应过程为：CMC-g-AM-NIPAM反应过程为：OMMT与高吸水性树脂结合的方式是利用一定的物理与化学作用使聚合物大分子链插入OMMT聚集的片层的方法是，使片层相互剥离，聚合物与剥离的片层在纳米尺度上复合形成复合高吸水性树脂材料。本专利技术制备了两种复合性树脂，分别为羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土和羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土，在制备的过程中直接添加OMMT，通过溶液聚合的手段制备而成。本专利技术还将羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺和羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺与羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土和羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土的吸水性能做出对比，证明添加蒙脱土后的复合树脂性能优于未添加的树脂。该材料具有温敏性、pH敏感性、去溶胀性和吸水性好的特点，可以应用于药物控释、智能凝胶保水材料等。P(NIPAM-co-AA)高吸水性树脂的吸水率为240g/g，本专利技术添加w(AA+NIPAM):w(CMC)比为9：1的CMC和w(OMMT):w(AA+NIPAM)比为0.055：1的OMMT后的树脂的最高吸水率可达368g/g；P(NIPAM-co-AM)高吸水性树脂的最高吸水率为25g/g，本专利技术添加w(AM+NIPAM):w(CMC)比为8：1的CMC和w(OMMT):w(AM+NIPAM)比为0.0625：1的OMMT后的树脂的吸水率可达53g/g。本专利技术具有如下优点：本专利技术中的树脂所添加的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)提高了高吸水性树脂的温敏性；丙烯酸(AA)和CMC提高了高吸水性树脂的pH敏感性；加入蒙脱土后，由于硅酸盐层之间的结合力较弱，与树脂的复合方法主要是嵌入，使得所得复合材料在分散规模上达到纳米尺度，并且聚合物网络中的晶体颗粒分散来增加聚合物内的离子浓度和渗透压，从而提高耐盐性、吸水性和去溶胀性，综合性的提高了高吸水性树脂的性能，具有温敏性、pH敏感性、耐盐性、吸水性和去溶胀性好的特点。附图说明图1为实施例一制备的CMC-g-AA-NIPAM/OMMT的红外光谱；图2为实施例一制备的CMC-g-AA-NIPAM/OMMT与CMC-g-AA-NIPAM吸水速率图；其中a为CMC-g-AA-NIPAM/OMMT，b为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有蒙脱土的高吸水性树脂，其特征在于该含有蒙脱土的高吸水性树脂为羧甲基纤维素‑g‑丙烯酸‑N‑异丙基丙烯酰胺/蒙脱土或羧甲基纤维素‑g‑丙烯酰胺‑N‑异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。

【技术特征摘要】
1.一种含有蒙脱土的高吸水性树脂，其特征在于该含有蒙脱土的高吸水性树脂为羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土或羧甲基纤维素-g-丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。2.如权利要求1所述的一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法，其特征在于羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土的制备方法按以下步骤进行：一、将钠基蒙脱土放在三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温加热磁力搅拌器中并加入蒸馏水，匀速搅拌并升温至70-80℃，加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，搅拌速率800转/分钟，保温4-6小时，抽滤，再用蒸馏水浸泡4-8小时，抽滤，干燥，得到有机蒙脱土；二、将羧甲基纤维素钠置于恒温加热磁力搅拌器中并加水使其溶解，在30-40℃和充满N2的条件下充分搅拌，得到羧甲基纤维素钠水溶液；三、向羧甲基纤维素钠水溶液中加入丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺、有机蒙脱土和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，充分搅拌15-20min；然后加入引发剂过硫酸铵，升温至60℃，充分反应3-4小时，得到透明胶块状样品，取出样品，切碎；四、用去离子水洗涤切碎的样品2-3次，浸泡在无水乙醇中洗涤2-3次，放入70℃真空烘箱中干燥，粉碎，得到高吸水性树脂羧甲基纤维素-g-丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺/蒙脱土。3.根据权利要求2所述的一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法，其特征在于丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺的总质量和羧甲基纤维素钠的质量比为9：1；丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺的总质量和有机蒙脱土的质量比为1：0.0625；其中丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1：3。4.根据权利要求2所述的一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法，其特征在于丙烯酸中和度为75％。5.根据权利要求2所述的一种含有蒙脱土的高吸水性树脂的制备方法，其特征在于N,N-亚甲基双丙烯酰胺占丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺总质...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛海军，赵硕，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23