高吸水性樹(shù)脂——聚丙烯酸鈉的合成與性能分析

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1、專(zhuān)業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告學(xué)院:化學(xué)與材料工程學(xué)院班級(jí):材料高分子091班2011—2012學(xué)年第二學(xué)期學(xué)號(hào)150409113姓名高飛指導(dǎo)教師朱亞輝實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目名稱(chēng)高吸水性樹(shù)脂——聚丙烯酸鈉的合成與性能分析地點(diǎn)敬行樓高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間實(shí)訓(xùn)目的與要求:1、了解高吸水性樹(shù)脂的基本功能及其用途。2、了解合成聚合物類(lèi)高吸水性樹(shù)脂制備的基本方法。3、探討高吸水性樹(shù)脂吸水倍率。實(shí)訓(xùn)方案設(shè)計(jì)及原理:高吸水樹(shù)脂的吸水原理:高吸水樹(shù)脂一般為含有親水基團(tuán)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)到整體上的緊固。與水接觸時(shí),因?yàn)槲畼?shù)脂上含有多個(gè)親水基團(tuán),故首先進(jìn)行水潤(rùn)

2、濕,然后水分子通過(guò)毛細(xì)作用及擴(kuò)散作用滲透到樹(shù)脂中,鏈上的電離基團(tuán)在水中電離。由于鏈上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(shù)脂外部,樹(shù)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(shù)脂中,形成水凝膠。同時(shí),樹(shù)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(wú)限膨脹。高吸水樹(shù)脂的吸水性受多種因素制約,歸納起來(lái)主要有結(jié)構(gòu)因素、形態(tài)因素和外界因素三個(gè)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(lèi)和交聯(lián)密度,樹(shù)脂分子主鏈的性質(zhì)等,樹(shù)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(shù)脂交聯(lián)密度越大,樹(shù)脂不能充分地吸水膨

3、脹;交聯(lián)劑用量太低時(shí),樹(shù)脂交聯(lián)不完全,部分樹(shù)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(shí),吸收量較大;水解度大于時(shí),吸收量下降,其原因是隨著水解度的增加,盡管親水的羧酸基增多,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(shù)脂的主品形態(tài)。增大樹(shù)脂主品的表面,有利于在較短時(shí)間內(nèi)吸收較多的水,達(dá)到較高吸水率,因而將樹(shù)脂制成多孔狀或鱗片可保證其吸水性。5外界因素主要指吸收時(shí)間和吸收液的性質(zhì)。隨著吸收時(shí)間的延長(zhǎng),水分由表面向樹(shù)脂產(chǎn)品內(nèi)部擴(kuò)散,直至達(dá)到飽和。高吸水樹(shù)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(lèi)和濃度的制約。在純水中吸

4、收能力最高;鹽類(lèi)物質(zhì)的存在,會(huì)產(chǎn)生同離子效應(yīng),從而顯著影響樹(shù)脂的吸收能力;遇到酸性或堿性物質(zhì),吸水能力也會(huì)降低。電解質(zhì)濃度增大,樹(shù)脂的吸收能力下降。對(duì)于二鹽離子如,除鹽效應(yīng)外,還可能在樹(shù)脂的大分子之間羧基上產(chǎn)生交聯(lián),阻礙樹(shù)脂凝膠的溶脹作用,從而影響吸水能力,因而二價(jià)金屬離子對(duì)樹(shù)脂吸水性的降低將更為顯著。本實(shí)驗(yàn)以丙烯酸為聚合單體,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑、過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑聚合。實(shí)訓(xùn)器材藥品:(用量)丙烯酸(AA)、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(NMBA)、過(guò)硫酸鉀(K2S2O8)、試驗(yàn)用純凈水,NaOH溶液、丙烯酰胺(AM)。儀器:(使用條件)容量瓶:250mL、500mL、100

5、0mL;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)、烘箱實(shí)訓(xùn)過(guò)程:(包括主要步驟、實(shí)驗(yàn)分析等,可用流程、框圖表示)(一)、流程圖:丙烯酸中和反應(yīng)混合溶液聚合反應(yīng)干燥剪切干燥產(chǎn)品NaOH水交聯(lián)劑引發(fā)劑(二)、實(shí)驗(yàn)步驟1.、取20g丙烯酸于100ml燒杯中,逐漸加入40%NaOH溶液,使其中和度為60%~80%;2、加入0.24g交聯(lián)劑N,N-二甲基雙丙烯酸胺,0.03g的過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑,不斷攪拌直至溶解完全;53、置于三頸燒瓶中,控制溫度65℃進(jìn)行反應(yīng),1h后停止攪拌;4.、將溶液倒入大面積的玻

6、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(shí)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上繼續(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(chēng)取一定量放入500ml燒杯中進(jìn)行吸水倍率及彈性的測(cè)定。關(guān)鍵技術(shù)分析:(注意事項(xiàng))1、加NaOH溶液中和時(shí),需慢慢加入,并快速攪拌。2、聚合反應(yīng)控制在65度左右,不能太高,以防暴聚。3、樹(shù)脂需剪成盡量小塊,使其充分烘干,從而不影響吸水倍率的測(cè)定。數(shù)據(jù)處理:實(shí)訓(xùn)現(xiàn)象:結(jié)果討論:(設(shè)計(jì)方案,具體實(shí)驗(yàn))5實(shí)訓(xùn)總結(jié):學(xué)生簽名:年月日參考資料:5評(píng)語(yǔ)與成績(jī):教師簽名:年月日填寫(xiě)說(shuō)明:1.表格不夠填寫(xiě)

7、,可抬高,增加頁(yè)數(shù)。2.簽名、日期必須手寫(xiě)。5

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