粘土復合吸水性樹脂合成方法的研究進展

劉闖　何聚　楊玲

摘 要：近年來，隨著對高吸水樹脂需求量不斷增大，人們發(fā)現(xiàn)單一的高吸水性樹脂不僅合成成本高、保水性能差并且凝膠能力和耐鹽性都不理想。由于粘土具有可塑性、觸變性、粘結性、燒結性、分布廣泛等特點，因此，在合成高吸水性樹脂的過程中加入一些粘土類物質會提高樹脂的性能。該文綜述了不同粘土復合吸水樹脂合成方法的最新進展，介紹了粘土的特點以及不同粘土/復合吸水樹脂吸液性能與合成方法。通過添加粘土以提高吸水樹脂的耐鹽性、吸水性和凝膠力仍是以后研究的重點。

關鍵詞：粘土 吸水樹脂 復合材料 改性

中圖分類號：TQ317 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0108-02

1 海泡石對吸水樹脂的影響及其合成方法

海泡石（ST）是一種天然鎂質硅酸鹽非金屬粘土礦物，具有鏈狀和層纖維狀的過渡型結構，其特殊結構決定了它比其他粘土具有更高的反應活性、陽離子交換容量和吸附性能。

其合成方法主要有溶液聚合和反相懸浮聚合，不過日前有人嘗試利用微波輻射、輝光放電電解等方法來提高吸水樹脂的性能。栗海峰等[1]利用水溶液聚合法制備了海泡石粘土/聚丙烯酸（鈉）高吸水保水復合材料，當海泡石粘土添加量在40%～60% 時，復合材料的重復吸水性能穩(wěn)定。徐繼紅等[2]以 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和海泡石粘土（ST）為原料，采用微波輻射方法制備了ST接枝P（AMPS-co-AM）耐鹽性高吸水性樹脂，考察了海泡石用量、無機鹽溶液金屬離子價態(tài)和濃度對樹脂吸水倍率的影響，研究了樹脂的吸水速率和保水性能。馬得莉等[3]采用輝光放電電解等離子體引發(fā)水溶液聚合反應合成了聚丙烯酸/海泡石吸水性樹脂。結果表明，輝光放電電解等離子體能有效地引發(fā)丙烯酸和海泡石發(fā)生接枝反應，進而合成性能良好的吸水樹脂。

2 硅藻土對吸水樹脂的影響及其合成方法

硅藻土的主要礦物成分為蛋白石，并含有粘土，其價格低廉，合成成本低，有很好的市場應用前景。

合成方法除了利用溶液聚合和反向懸浮聚合以外，還有利用紫外光聚合。斯瑪伊力·克熱木等[4]人以丙烯酸、淀粉和硅藻土為原料， 使用自制的紫外光聚合裝置合成了復合耐鹽性高吸水樹脂。在最佳試驗條件下合成的高吸水樹脂的吸去離子水率為3 66 5 g/g，吸生理鹽水率（w=0.9%的NaCl水溶液）為280 g/g。陳建福等[5]以木薯淀粉、硅藻土、丙烯酸為原料，N，N`-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，通過水溶液聚合法制備了木薯淀粉—硅藻土—丙烯酸復合高吸水樹脂，吸水性樹脂吸水、吸鹽率分別為912 g/g、94 g/g。

3 膨潤土對吸水樹脂的影響及其合成方法

膨潤土是以蒙脫石為主的含水粘土礦。由于它具有特殊的性質：膨潤性、粘結性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換性，可廣泛應用于各個領域。

合成方法除了溶液聚合法和反相懸浮聚合法，還有人利用微波輻射來合成高吸水樹脂。姜雄等[6]以膨潤土、聚丙烯酰胺為原料，采用溶液共混法制備膨潤土/聚丙烯酰胺復合吸水保水材料，試驗表明：膨潤土與聚丙烯酰胺用量質量比為8∶2時，制備的材料吸水、吸鹽和保水性能均良好。程志強等[7]以膨潤土（BT）和丙烯酸（AA）為原料，在微波輻射下合成PAA-Na/BT復合高吸水樹脂，當AA/BT質量比為8/1，該復合高吸水樹脂的吸蒸餾水最高倍率是1 312 g/g，吸生理鹽水最高倍率是320 g/g。

4 伊利石對吸水樹脂的影響及其合成方法

伊利石是常見的一種粘土礦物，常由白云母﹑鉀長石風化而成，并產(chǎn)于泥質巖中，或由其他礦物蝕變形成。它常是形成其他粘土礦物的中間過渡性礦物。

目前對于加入伊利石的高吸水性樹脂合成方法僅僅局限在溶液聚合。程爭光等采用水溶液聚合法制得伊利石/聚丙烯酸鈉高吸水復合性材料。在優(yōu)化工藝條件下， 產(chǎn)品吸自來水倍率可達285.7，吸鹽水倍率可達79.7。凌輝等利用丙烯酸、丙烯酰胺和伊利石為原料，采用溶液聚合法合成伊利石/丙烯酸-丙烯酰胺高吸水復合材料。

5 凹凸棒土對吸水樹脂的影響及其合成方法

凹凸棒土是一種含水富鎂鋁的層狀硅酸鹽礦物，具有與其他種類粘土不一樣的晶體構成和反應活性，使它在復合材料領域得到了廣泛關注與應用。

其合成方法除了較為常見的溶液法和反向懸浮法，還有冷凍法和微波輻照法。胡濤等采用反相懸浮聚合法制備了純化凹土/聚丙烯酸鈉高吸水復合樹脂，當純化凹土的添加量為12.5 %，中和度為60 %，交聯(lián)劑用量為0.15 %，引發(fā)劑用量為0.5 %，此時吸水和吸鹽水率較高，1 h后吸蒸餾水率為877 g/g，吸鹽水率為98 g/g。陳紅等將凹凸棒石粘土經(jīng)冷凍和碾壓處理后，通過水溶液聚合法制備了羧甲基纖維素接枝聚丙烯酸/凹凸棒石復合高吸水性樹脂，考察了冷凍和碾磨處理對ATP的形貌，理化性質及對復合高吸水性樹脂的吸水倍率和吸水速率的影響。

6 埃洛石對吸水樹脂的影響及其合成方法

埃洛石是一種沉積的鋁硅酸鹽化合物，它是由高嶺土片層在天然條件下卷曲而成的，擁有無數(shù)細細的管狀或纖維狀晶體。

對于加入埃洛石的合成方法有溶液聚合和反相懸浮法。梁蕊等以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇為原料，合成了半互穿的水凝膠復合材料。張艷鍇等以埃洛石、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇為原料采用水溶液聚合法合成了吸水倍率為2 077 g/g的埃洛石-聚乙烯醇/聚（丙烯酸-丙烯酰胺）高吸水樹脂。

7 結語

近些年來，由于粘土加入到吸水樹脂中的成本相對較低，吸水性較好和機械性能顯著等原因，應用廣泛，研究進展較快。在未來的幾年中不僅提高粘土/聚合物吸水樹脂的吸水性、耐鹽性和凝膠力是研究重點，而且把它們應用在重金屬、染料、污水的吸附和提高混凝土的耐久性中，也將會成為熱點。

參考文獻

[1] 栗海峰，范力仁，徐志良，等.海泡石礦物含量對海泡石/ 聚丙烯酸（鈉）復合材料吸水保水性能的影響[J].高分子材料科學與工程，2009，25（1）：59-62.

[2] 徐繼紅，譚德新，李忠，等.海泡石接枝 P（AMPS-co-AM）高吸水樹脂的合成及性能[J].精細加工，2013，30（1）：17-21.

[3] 馬得莉.輝光放電電解等離子體引發(fā)合成聚丙烯酸/粘土類復合吸水性樹脂及其性能研究[D].西北師范大學，2011.

[4] 斯瑪伊力·克熱木，買買提江·依米提.丙烯酸-淀粉-硅藻土復合耐鹽性高吸水樹的紫外光引發(fā)合成及其性能[J].功能高分子學報，2010，23（2）：166-171.

[5] 陳建福，莊遠紅，鄭海燕，等.木薯淀粉-硅藻土-丙烯酸復合高吸水樹脂的制備[J].合成樹脂及塑料，2013（4）：36-39.

[6] 姜雄，鐵生年.膨潤土/聚丙烯酰胺復合吸水保水材料的制備及性能研究[J].硅鹽酸通報，2014，33（4）：731-735.

[7] 程志強，馬琦，康麗娟，等.微波輻射合成聚丙烯酸鈉/膨潤土復合高吸水樹脂結構及性能研究[J].中國塑料，2012（5）：58-63.