高嶺土改性蓄熱保溫高吸水樹脂的性能

柳嬋　管仁貴　辛志榮　等

摘要：以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）為交聯劑，過硫酸鉀（KPS）為引發劑，采用水溶液聚合法合成了高嶺土改性淀粉基丙烯酰胺（AM）/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）高吸水樹脂。研究了高嶺土用量對樹脂性能的影響。結果表明，高嶺土的用量為12%時，樹脂吸自來水倍率為135.3 g/g，吸鹽水倍率為93.9 g/g，吸尿倍率為 72.2 g/g，樹脂在土壤中的保水能力隨樹脂用量的增加而增強，且具有良好的蓄熱保溫性能。

關鍵詞：高嶺土；淀粉；土壤；蓄熱保溫；性能；高吸水樹脂

中圖分類號： TQ321.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0354-02

收稿日期：2014-09-26

基金項目：山東省高等學校科技計劃（編號：J13LD11）；煙臺大學實驗室開放基金。

作者簡介：柳嬋（1976—），女，碩士，實驗師，研究方向為功能高分子。E-mail：hanl1976@sina.com。親水基團多樣化是提高吸水樹脂耐鹽性的重要方法，近年來在樹脂研究方面頗受關注[1]。高嶺土具有表面多羥基、可交換性陽離子，分散性和親水性等特點，用于吸水樹脂的制備不僅可以改善材料的綜合性能，而且可以降低成本[2-4]。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）結構中的陰離子基團磺酸基及非離子基團酰胺基有利于樹脂耐鹽性及吸液性能的提高。試驗用高嶺土/AMPS改性淀粉基高吸水樹脂，在降低成本的同時提高樹脂的耐鹽性、保水能力等，以期應用于生理衛生用品及鹽漬干旱地區的植樹造林。

1材料與方法

1.1試劑及儀器

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、過硫酸鉀（KPS）、NaOH、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）、可溶性淀粉均為分析純；丙烯酰胺（AM）、高嶺土為化學純。冷凍干燥機，北京博醫康實驗儀器有限公司；IRPrestige-21傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司；DM2700M金相顯微鏡，德國徠卡公司。

1.2制備方法

將1 g可溶性淀粉及15 mL去離子水充分攪拌，轉移至100 mL三口燒瓶中，通氮氣，80 ℃恒溫糊化1 h，降溫至 60 ℃，加入KPS溶液。0.5 h后將AMPS（冰水浴中用NaOH調節pH值至6～7）、AM、MBA、高嶺土的混合液加至三口燒瓶中，攪拌，60 ℃恒溫反應3 h。產物用無水乙醇沉淀、洗滌、浸泡后，45 ℃真空干燥24 h，置于干燥器中備用。

1.3性能測試

1.3.1吸液性能及土壤中的保水能力測試方法同文獻[5]。

1.3.2蓄熱保溫性能取3個250 mL的錐形瓶，分別加滿自來水、空氣和吸水飽和后的樹脂，每個錐形瓶中插入1支溫度計，錐形瓶外包裹1層黑色塑料袋，將錐形瓶放于室外陽光照射，定時記錄環境溫度及錐形瓶內的溫度。

2結果與討論

2.1紅外譜圖

圖1紅外譜圖中，c為高嶺土用量12%的樹脂。由圖1可見，譜圖c與b極為相似，c譜圖2 357 cm-1處有一個吸收峰，這是高嶺土層間O—H的伸縮振動引起的[6]。a中 817 cm-1 處高嶺土Al—OH彎曲振動峰在c中明顯減弱，這說明在復合過程中，高嶺土表面的羥基參與了化學反應[7]。此外a中473 cm-1處的Si-O伸縮振動峰在c中仍然存在，其位置和強度變化不大。這主要由于高嶺土與聚合物的作用只有少部分進行反應[6]，絕大部分只是作為單純的填充。

2.2吸液能力

由圖2、圖3、圖4可以看出，不同介質中，樹脂的吸液速率均前2 h最快，吸液倍率在2 h左右接近最大值。隨高嶺土用量的增加，樹脂的吸液倍率先增加后降低。高嶺土用量12%時，樹脂對自來水、生理鹽水及人工尿的吸液倍率最大，分別為135.3、 93.9、72.2 g/g。過量的高嶺土會增大體系交聯密度和樹脂的網絡剛性[8]，導致吸液能力下降。

2.3樹脂在土壤中的保水能力

由圖5可知，樹脂的加入有利于抑制土壤水分的蒸發，隨高嶺土用量的增加，抑制作用增強。高嶺土用量14%時， 5 d后土壤保水率為21.3%，此時不加樹脂的土壤保水率僅為16%。高嶺土的加入使樹脂網絡內部水分子受到的網絡束

縛作用增強，降低了土壤的失水速度。

2.4蓄熱保溫能力

從圖6可以看出，當環境溫度27.0 ℃時，空氣、水以及吸水飽和后的樹脂（高嶺土用量12%）溫度分別為40、31.4、326 ℃，7 h后，環境溫度降到了14.2 ℃，相應的介質溫度依次為17.0、18.0、20.0 ℃。可見，吸水飽和后的樹脂放熱速度最為緩慢，具有一定的蓄熱保溫性。

2.5顯微鏡照片

樹脂吸鹽水飽和后，真空冷凍干燥，DM2700M金相顯微鏡（200×）下觀察如圖7，可見樹脂表面疏松多孔，凹凸不平，

有較多褶皺及深淺不均勻的溝壑，從而加大了吸附面積，有利于吸液倍率的提高。

3結論

以MBA為交聯劑，KPS為引發劑，采用水溶液聚合法合成了高嶺土改性淀粉基AM/AMPS高吸水樹脂。高嶺土用量為12%時，樹脂的吸自來水倍率、吸鹽水倍率以及吸尿倍率最大，分別為135.3、 93.9、72.2 g/g。

樹脂在土壤中的保水能力隨著高嶺土用量的增加而增強。吸水飽和后的樹脂具有一定的蓄熱保溫性能，有望應用于寒冷地區及鹽漬干旱地區的植樹造林。

參考文獻：

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