一种丙烯酸-丙烯酸钠-磺酸内盐的共聚交联产物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及水凝胶技术领域，特别涉及丙烯酸

【技术实现步骤摘要】
一种丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水凝胶
，特别涉及一种丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]吸水树脂是一类重要的功能高分子材料，能够吸收自身质量几十倍到上千倍的水，成为水凝胶，被广泛应用于医药缓释载体、仿生肌肉材料、农林保水剂、缓释控释化肥、生理卫生吸水剂、重金属离子吸附等诸多领域。在世界范围内，商业化的水凝胶中，丙烯酸基水凝胶占产品总量的80％以上。然而，丙烯酸基水凝胶存在严重的盐敏问题，当环境中有盐存在时，凝胶的使用性能急剧降低，限制了应用效果，例如，0.9wt％的NaCl(生理盐水)即可使其吸水率降低至初始值的十分之一以下[朱正，耐盐性丙烯酸系列高吸水树脂的合成与性能研究，中国海洋大学硕士论文，2014]，而环境中的Ca
2+
、Mg
2+
等高价态离子还会导致电解质聚沉，使水凝胶完全失去使用性能。
[0003]改善水凝胶的抗盐敏性能非常重要，一种方法是使用可聚合的内盐单体为原料，制备聚内盐型(又称为聚两性离子型)的水凝胶[董雯，新型耐温抗盐聚合物增黏剂的合成及性能评价，西安石油大学学报(自然科学版),2014,29(5)，75
‑
79]。此种分子结构在盐环境中，受到盐的阳离子作用，内盐环逐渐打开，使分子链更为伸展，从而在盐水中有较好的溶胀吸水能力。但是，聚内盐型的水凝胶抗盐敏效果良好，却也存在两个缺陷：一是内盐环在淡水中难以扩张，产品吸淡水倍率很低；二是内盐单体成本较高，使得对应产品价格昂贵，商业竞争力有限。

技术实现思路

[0004]鉴于上述内容，有必要提供一种丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物，该产物同时具备低成本和高抗盐的优点，应用于水凝胶领域，作为吸水树脂应用在农林保水剂、药物缓释载体、化肥控释控释、高含盐废水中重金属离子吸附等盐环境下。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物，所述共聚交联产物的结构式如下：
[0007][0008]其中，x+y＝0.5
‑
0.9,x/y＝0.25
‑
4,z＝0.09
‑
0.5,k＝0.0001
‑
0.01,x+y+k+z＝1。
[0009]上述比例为质量比。
[0010]本专利技术还提供丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0011](1)在一干燥的反应器中加入丙烯酸、氢氧化钠和磺酸内盐，用蒸馏水溶解，均匀搅拌后加入交联剂和引发剂，氮封，恒温反应一段时间至体系无流动性，得粗产物；
[0012](2)将所得粗产物经丙酮浸泡洗涤，抽滤后烘干粉碎过筛，得纯化后的产物，即所述丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物。
[0013]本专利技术中，进一步地，所述磺酸内盐为3
‑
[N,N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]丙烷
‑1‑
磺酸内盐；所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为硝酸铈铵、过硫酸钠和亚硫酸氢钠的复合引发体系，其中，硝酸铈铵、过硫酸钠和亚硫酸氢钠的质量比为1:1
‑
3:0.5
‑
1.5。
[0014]反应方程式如下：
[0015][0016]本专利技术中，进一步地，所述丙烯酸、氢氧化钠、磺酸内盐、交联剂和引发剂的质量比为1:0.1
‑
0.4:0.1
‑
1:0.0001
‑
0.01:0.001
‑
0.1。
[0017]本专利技术中，进一步地，所述步骤(1)的反应温度为40
‑
80℃。
[0018]本专利技术中，进一步地，所述步骤(1)的反应时间为3
‑
12h。
[0019]本专利技术还提供上述丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物的应用，具体是作
为一种吸水树脂，应用于水凝胶领域。特别是在农林保水剂、药物缓释载体、化肥控释控释、高含盐废水中重金属离子吸附等盐环境下有着广泛的应用前景。
[0020]本专利技术至少具有如下有益效果：
[0021]1、本专利技术的丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物，使用价廉易得的丙烯酸为主要原料，辅以适量配比的抗盐敏功能单体磺酸内盐，该磺酸内盐是改善产物耐盐性的关键因素之一，磺酸内盐的加入量对产物的吸水率和耐盐性有重要影响，经申请人试验发现，若磺酸内盐与丙烯酸的质量比低于0.1，产物几乎无耐盐性，性能接近于常规的丙烯酸水凝胶，而若比例高于1，则因空间位阻效应，聚合反应难以进行，产物吸淡水率低，并且制备成本较高；除此之外，本申请在交联产物的制备过程中还以氢氧化钠作为催化剂，同时控制丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1:0.1
‑
0.4，并且在试验中发现，若氢氧化钠与丙烯酸的质量比低于0.1，则产物的羧酸根(
‑
COO
‑
)不足，在淡水中的吸水率低于100g/g，若氢氧化钠与丙烯酸的质量比高于0.4，则羧酸根过量、体系碱性过强、聚合反应难以进行，产物收率低，并且产物耐盐性差。同时加入适量的交联剂和引发剂，在本申请的配比中，原料产生协同效应，所得产物同时具备低成本和高抗盐的优点，反应条件温和，操作简单，收率高于95％。
[0022]2、本专利技术的丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物在淡水中的最大吸水率为186g/g，在盐质量浓度从0.1％到10％的整个区间吸水溶胀性能良好，不产生沉淀。
[0023]3、本专利技术利用丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物赋予水凝胶低成本、高吸水率和高抗盐等优点，在农林保水剂、药物缓释载体、化肥控释控释、高含盐废水中重金属离子吸附等盐环境下有非常广泛的应用前景。
【附图说明】
[0024]图1为丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物的FTIR图；
[0025]图2为实验例1产物吸淡水率
‑
吸水时间的效果图；
[0026]图3为实验例2产物吸盐水率
‑
盐质量浓度的效果图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.种丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物，其特征在于，所述共聚交联产物的结构式如下：其中，x+y＝0.5
‑
0.9,x/y＝0.25
‑
4,z＝0.09
‑
0.5,k＝0.0001
‑
0.01,x+y+k+z＝1，比例为质量比。2.一种制备如权利要求1所述的丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:(1)在一干燥的反应器中加入丙烯酸、氢氧化钠和磺酸内盐，用蒸馏水溶解，均匀搅拌后加入交联剂和引发剂，氮封，恒温反应一段时间，得粗产物；(2)将所得粗产物经丙酮浸泡洗涤，抽滤后烘干粉碎过筛，得纯化后的产物，即所述丙烯酸
‑
丙烯酸钠
‑
磺酸内盐的共聚交联产物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磺酸内盐为3
‑
[N,N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]丙烷
‑1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梓民，石海信，陆来仙，王娟虎，陈雄，
申请(专利权)人：北部湾大学，
类型：发明
国别省市：