丙烯酸钠-丙烯酰胺高吸水树脂的合成与性能

第44卷第6期化工技术与开发Vol 44 No62015年6月Technology Development of Chemical IndustryJun 2016丙烯酸钠-丙烯酰胺高吸水树脂的合成与性能任敏红,陈权生,张玉敏,田英中国石油新疆油田分公司实验检测研究院,新疆克拉玛依834000摘要:以过硫酸钾为引发剂、NN-亚甲基双丙烯酰胺( NNMBA)为交联剂,采用水溶液聚合法制备聚丙烯酸钠-j烯酰胺高吸水性树脂,硏究了丙烯酸与丙烯酰胺比例、单体浓度、引发剂用量、交联剂用量以及聚合温度对树脂吸水性能的影响。制备的高吸水性树脂吸蒸馏水为593g·g,吸自来水为260g·g',吸0%NaC溶液为67g·g关键词:丙烯酸钠;丙烯酰胺;溶液聚合;高吸水树脂中图分类号:TQ322文献标识码:A文章编号:1670-9905(201506-003-03高吸水性树脂是一种适度交联的含有强亲水性下式计算树脂颗粒的吸水倍率:基团的功能性高分子材料,它具有能够吸收自身重Q=(W2-W1)/W量几百倍甚至上千倍的水分并保持稳定的特性,被式中:Q为吸水倍率,g·g;W为干树脂的质泛应用于农业、林业建筑、医疗卫生、石油化工等量,g;W2为树脂吸水后的质量,g领域4。本文采用溶液聚合法,合成了丙烯酸钠丙烯酰胺二元共聚高吸水性树脂并对聚合条件进2实验结果与讨论行了考察。21单体含量对吸水性能的影响1实验及评价方法图1为单体浓度对样品吸水性能的影响。由曲线可以看出,随着聚合反应单体浓度的增加,树脂颗1.1主要试剂粒吸水性能增加,当单体浓度达到30%-40%时,吸丙烯酸、丙烯酰胺、NN-亚甲基双丙烯酰胺、过水性能的变化很小。因此,反应单体浓度应该取在硫酸钾(分析纯)。丙烯酸在使用前进行减压蒸馏。30%~40%之间,考虑到烘干处理过程,实验选定单1.2合成方法体浓度为40%。l10将单体丙烯酸(AA首先用30%的NaOH溶液中和,中和度75%,冷却后加入一定量的水,再加入100丙烯酰胺(AM),搅拌使之溶解并充分混合。通入氮气30min之后加入交联剂、引发剂,然后采用磁力搅拌,在氮气保护下进行反应,体系成胶后继续恒温2h。将反应物冷却后切割成小薄片,于110℃下干燥至恒量,然后粉碎、筛分成一定粒径的颗粒。1.3吸水性能的表征图1单体浓度对吸水性能的影响高吸水性树脂颗粒的吸水性能用吸水倍率来描.2引发剂用量对吸水性能的影响述例。实验称取0lg的干燥树脂颗粒,放入烧杯中,加人200mL水,经过一定吸水时间后,用0.15mm筛引发剂用量直接影响聚合反应的速度和聚合产网滤去未被吸收的水,称取颗粒洗水后的质量。用物的分子质量,对于通常的自由基聚合反应,引发剂作者简介:任敏红(19073-),男,高级工程师,1998年毕业于大庆石油学院石油化工系,2012年中国煤化工气工程专业现从事油田化学及环境工程相关研究工作。电话:0990·6868171,E-mli:mhHCNMHG收稿日期:201503-1724化工技术与开发第44卷用量增加将使反应速度加快。但引发剂用量较大,吸水倍率较低;当反应温度较高时,反应速度快,易反应体系发生爆聚,反应温度无法控制,同时也会使引起爆聚,导致产物中低聚物含量增大,可溶性部分产物产生局部自交联,降低了树脂的相对分子质量。增多,吸水倍率也较低。由表2知,较为适宜的反应另一方面,若引发剂用量太少,反应速度过慢,影响温度为50℃。聚合和交联反应的进行,也会使吸水能力下降。由表2温度对吸水性能的影响表1实验结果可以得到,当引发剂用量大于001%编号温度/℃吸水倍率g·g时反应发生不同程度的爆聚,当用量小于0.01%时100.5随着引发剂用量的减少,合成样品的吸水倍率减小。406234.5因此,合适的引发剂用量应为产物质量的0.01%。201.6表1引发剂用量对合成样品吸水性能的影响编号KPS/%吸水倍率g反应程度25单体组成对吸水性能的影响0.05爆聚1234由表3可以看出,随着丙烯酰胺用量的减少,0.03轻度爆聚产品的吸水性能增强。这是由于-CONH2为非离子轻度爆聚246.2缓和基团,其吸水性能不如离子型基团- COONa,从而导2374缓和致吸水倍率显著下降。当丙烯酰胺所占的摩尔比6227.1缓和达到005时,样品的吸水倍率显著增大,因此,AM70.0022007缓和(AM+AA)应取005为宜23交联剂用量对吸水性能的影响表3单体组成对吸水性能的影响编号AM/(AM+AA)吸水倍率/g·g交联剂的用量直接影响聚合物的交联密度,影-3207.2响高分子网络容积,导致吸水率的改变。交联剂用0.1量对产物吸水性能的影响见图2。由图2可以看出,0.05随着交联剂用量的增加,合成样品的吸水倍率先增6-40.0后减。最大吸水能力时的交联剂用量为产物质量的0.005%。当交联剂用量增大时,交联密度相应增大2.6高吸水树脂在不同水质中的吸水性能吸水倍率降低。当交联剂用量过小时,不能形成有高吸水树脂的亲水基团和网络结构决定了其效的三维网状交联产物,也会影响产物的吸水性能。吸水膨胀性能。分别在蒸馏水、自来水和09%NaCl溶液中测定了高吸水树脂的吸水性能,结果见图32500200600500一蒸馏水一自来水F0.9%NaCI0.060.08交联剂/%▲▲▲图2交联剂用量对吸水性能的影响时向n10012014024聚合温度对吸水性能的影响图3不同水质中的吸水性能在自由基反应中,总聚合速率常数(K)与温度树脂颗粒遇到水时,亲水基与水分子的水合作(T)之间的关系服从 Arrhenius方程式K=Ae,由用使树脂网束伸展产牛网络内外离子浓度差;网该式知,当温度较低时,聚合反应速率小,单体转化络结构中的亲水中国煤化工生渗透压率低,产物可溶性部分增多,聚合分子量较小,因此水分子以渗透压CNMHG在初开始第6期任敏红等:丙烯酸钠-丙烯酰胺髙吸水树脂的合成与性能吸水阶段,由于网络内几乎不存在水,因此内外的渗2)合成的高吸水性树脂吸蒸馏水倍率为透压差很大,此时树脂的吸水速率很大;随着网络内593g·g,吸自来水倍率为260g·g,吸0.9%的氯水的富集,内外渗透压越来越小,其吸水速率也随之化钠为66.7g·g变小;最后网络内外渗透压处于一个动态的平衡,树参考文献脂的吸水量处于一个最大值。水中盐浓度增加,则l侯文顺.高吸水性树脂的合成与应用辽宁化工渗透压下降,树脂的吸水能力降低。树脂颗粒在蒸05,34(1):37-38.馏水中的吸水倍率为593g·g,自来水吸水倍率为12胡涛,周苏闽,李登好,等.丙烯酸系高吸水树脂的改260g·g,09%氯化钠中为667g·g2,具有较强的性与应用胶体与聚合物,2006,24(2):42-443]王正辉,廖宗文.高吸水树脂的合成及在农业上的应用吸水性能小广东化工,2005(1):70-723结论4]郑延成,周爱莲.高吸水树脂及其在石油工业的应用油田化学,2001,24(1):82-851)合成了一种聚丙烯酸盐类高吸水性树脂,5吕爱敏,唐红霞,朱轶飞·高吸水性树脂的研制U河最佳合成条件为:单体含量30%~40%、单体组成北化工,2006,295):12-14[6]李云龙,林松柏,肖春妹.高吸水树脂吸水机理的探讨AM(AM+AA)0.05、引发剂用量0.0%、交联剂用量材料导报,2004(18):230-232.0.005%、合成温度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页)设备、新的管理模式不断被创新出来,我们只有在石油和化学工业局,2001认识掌握油品损耗规律的情况下,合理运用新的工[2]朱霞.油田油气集输设计技术手册(上册川M北京:石艺、设备才能将油品的损耗降至最低,从而给企业油工业出版社,1994:294-301带来较好的经济效益。[3]王春陶.浅谈如何降低油品储运系统能耗卩城市建设理论研究,2012.21参考文献「1]陆万林,李风奇.石油库节能设计导则[M北京:國家14]李征西,徐思文,油品储运设计手册(上册川M]北京石油工业出版社,1997.Loss of oil Storage and transportation and its calculationYANG Hai-hong YUAN Ying(Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)中国煤化工CNMHG