DDMA/S樹脂的合成及吸油性能

魏 媛,廖肅然,楊瑞麗

(河南工程學院 材料與化學工程學院，河南 鄭州 450007)

近年來，有機溶劑類泄漏事故時有發(fā)生，如2005年11月吉林石化公司雙苯廠一車間發(fā)生爆炸，約100噸苯類物質(zhì)流入松花江，造成了江水嚴重污染，沿岸數(shù)百萬居民的生活受到影響[1]。2016年5月，呼和浩特市一輛罐車和自卸車相撞導致苯泄漏[2]，像其他油品如油罐車泄漏也時有發(fā)生，因此需要開發(fā)對有機溶劑類有較好吸收作用的材料來處理突發(fā)事故，減少對人民群眾生活的危害，保護生態(tài)環(huán)境。吸油樹脂是通過親油性單體制備得到的低交聯(lián)度聚合物，是一種溶脹型的功能高分子材料。具備吸油種類多、吸油時不吸水、受壓時不漏油及易儲藏易運輸?shù)葍?yōu)點，是傳統(tǒng)吸油產(chǎn)品理想的替代材料[3]。

1 實驗部分

1.1 藥品

苯乙烯(S)，天津市化學試劑一廠；甲基丙烯酸十二酯(DDMA)，梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司；二乙烯苯，Alfa Aesar; 十二烷基苯磺酸鈉，天津市福晨化學試劑廠；明膠，鄭州市化學試劑三廠；偶氮二異丁氰，北京北化精細化學品有限責任公司；93#汽油、柴油和豆油，市售。

1.2 DDMA/S樹脂的合成

在裝有回流冷凝器的三口瓶中加入一定量的蒸餾水、明膠和十二烷基苯磺酸鈉，邊攪拌邊升溫到60℃，觀察分散劑完全溶解后，將DDMA和S分別按1∶10、1∶4、3∶7、2∶3的質(zhì)量配比加入攪拌后，加入適量偶氮二異丁氰及二乙烯苯，升溫到70～85℃，反應8～12個小時，得到粒狀聚合物，取出抽濾、水洗，烘干。

1.3 紅外測試

利用 NICOLET 6700 型紅外光譜儀(ATR 模式)，對合成的粒狀樹脂進行掃描，分辨率4 cm-1，掃描64次。

1.4 DDMA/S樹脂吸油率的測試

準確稱取1g左右干燥過的樹脂置入自制的金屬網(wǎng)中，浸入到待測油品中，定時取出，滴淌1～2 min后稱重，然后再浸入油品中，連續(xù)測定直至質(zhì)量穩(wěn)定，得到系列數(shù)據(jù)。依據(jù)(1)式計算吸油樹脂的吸油率(g/g)。

(1)

2 結(jié)果與分析

DDMA/S樹脂的合成采用懸浮聚合法，二種單體分別按1∶10、1∶4、3∶7、2∶3的質(zhì)量配比制備了四種共聚物，其紅外圖譜見圖1。

圖1 DDMA/S樹脂的紅外圖(a:1∶10,b:1∶4,c:3∶7,d:2∶3)

圖1顯示四個譜圖的形狀相似，其中3080、3059、3025cm-1附近的峰為苯環(huán)C-H伸縮振動和骨架振動倍頻帶的貢獻[4-5]，1601、1492 cm-1附近的峰為苯環(huán)骨架振動特征吸收，757、696 cm-1附近的峰分別為單取代苯環(huán)五個H的面外彎曲振動和苯環(huán)骨架面外彎曲振動，說明共聚物中含有單取代苯結(jié)構(gòu)[6]。2920、2850 cm-1左右的峰分別代表-CH2-的反對稱伸縮振動吸收和對稱伸縮振動吸收，1722 cm-1處為C=O的伸縮振動特征吸收峰，1452 cm-1峰代表-CH2-的對稱彎曲振動吸收，1376 cm-1弱吸收為-CH3的對稱彎曲振動特征吸收，說明甲基含量較少。1179、1028 cm-1處的吸收為酯基中的C-O-C伸縮振動峰[4]，說明丙烯酸酯結(jié)構(gòu)單元的存在，即所得產(chǎn)物為共聚物。

因為共聚物結(jié)構(gòu)相似，共聚物中二種結(jié)構(gòu)單元都含有次甲基，紅外曲線中以2920 cm-1-CH2-的反對稱伸縮振動吸收的吸光度為標準，評價其他特征吸收的的強度Xi，見式(2)。

(2)

Ai分別代表C=O吸光度AC=O、苯環(huán)在1601 cm-1附近骨架振動吸光度Aф1601以及苯環(huán)在757 cm-1附近的面外彎曲振動的吸光度Aф757，數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同組成共聚物的紅外特征吸收

由表1看出，隨著單體組成比mDDMA/mS從1∶10、1∶4到2∶3，共聚物中DDMA含量逐步增大，反映在羰基含量逐步增多，羰基的吸收強度XC=O由0.7011升到0.8064，基本符合變化關(guān)系；S含量降低，苯環(huán)的骨架振動強度Xф1601由0.6959降到0.4376，面外彎曲振動強度Xф757由2.0136降到1.0007，符合組成變化規(guī)律，說明體系中苯乙烯和DDMA進行了有效的作用。

表2給出樹脂對不同油品的吸收情況，顯示吸油樹脂對不同油品的吸收能力差別很大，對甲苯和汽油的吸油效果較好，豆油和柴油的吸收較差。吸油樹脂是由幾種單體構(gòu)成的低交聯(lián)度共聚物，分子間具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有一定孔隙，通過大分子鏈上大量的親油基團和油劑分子的溶劑化作用使樹脂發(fā)生膨脹[7]，從而達到吸油的目的。而不同油品其吸油能力不同，與油品的極性、給電子能力及粘度有關(guān)，一般而言，黏度越小的油品越容易被樹脂吸收，并滲透進入高分子的聚合網(wǎng)絡之中[8]，另外還與油品的分子尺寸有關(guān)。

表2看出，DDMA/S樹脂隨著DDMA含量的增加，樹脂對油品的吸油能力增大，主要是由于DDMA單元酯鏈結(jié)構(gòu)的長鏈烷基提供了較大的自由體積。且當單體組成為2∶3時，樹脂對甲苯的吸油率最高，為9.5386 g/g。樹脂對汽油、柴油的吸油率次之，對豆油的吸油能力最差，僅僅1.2634 g/g?？赡苁呛铣傻奈蜆渲瑢儆谌鯓O性、弱給電子聚合物，而甲苯為弱極性、親電子溶劑，極性相近，親電子能力相反，故吸油率較高。汽油、柴油極性更弱，本身不親電子，故吸油率都較小，柴油的分子尺寸、粘度都比汽油大，故樹脂對汽油的吸油率較柴油好，為7.0153 g/g。樹脂對豆油的吸油率最低，因豆油主要成分為脂肪酸甘油酯，分子尺寸更大，屬于弱極性、弱給電子結(jié)構(gòu)，粘度也最大。

表2 不同的單體組成樹脂的吸油率

3 結(jié)論

采用懸浮聚合法合成了DDMA/S樹脂，利用FTIR對合成樹脂的組成與特征吸收強度進行分析，表明合成的有效性。通過樹脂的吸油性能比較發(fā)現(xiàn)，該類樹脂的吸油能力隨著樹脂中DDMA含量增加而增加，且對油品的吸油能力為甲苯>汽油>柴油>豆油，當DDMA/S樹脂單體組成為2∶3時，對甲苯和汽油的吸油率分別為9.5386g/g和7.0153g/g，說明該樹脂更適宜于對這二種油品的吸收。