丙烯酸酯系吸油樹脂的制備與性能研究

裴澤豪，朱姿穎，茍 洋，孫 喆，陸 鈺，李 佳

(哈爾濱理工大學 化工學院，哈爾濱 150080)

高吸油樹脂是以親油性單體作為基本單元構(gòu)成的具有低交聯(lián)度的聚合物，其內(nèi)部具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1,2]。當高吸油樹脂浸泡在油品中時，會在溶劑化作用下發(fā)生溶脹，油分子進入大分子網(wǎng)絡(luò)中，被包裹住難以流出，因此油分子被保留在樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。高吸油樹脂主要利用樹脂分子上的親油基鏈段與油分子之間產(chǎn)生的范德華力來產(chǎn)生吸油性能，其原理與高吸水樹脂的吸水機理類似，但是高吸水樹脂除了有范德華力外，還有較強的氫鍵作用[3,4]。丙烯酸酯系吸油樹脂來源廣泛，價格低廉，因此受到研究者的青睞[5-11]。針對目前吸油樹脂吸油倍率低、保油性能差、可重復使用次數(shù)少等問題，通過熱聚合方法，分別對聚甲基丙烯酸丁酯和聚甲基丙烯酸異辛酯進行制備和性能研究。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

研究用主要藥品如表1所示。

表1 主要實驗藥品Tab.1 Main experiment pharmaceuricals

1.2 實驗過程

將預先配置好的甲基丙烯酸丁酯(甲基丙烯酸異辛酯)、AIBN、MBA的混合液放入直徑為6×9 mm、長為25 cm一端封口的玻璃管中，將玻璃管另外一端連接在循環(huán)水式真空泵上抽真空一段時間，直至管內(nèi)不再有氣泡產(chǎn)生。將連接在循環(huán)水式真空泵上的玻璃管的一端置于酒精噴燈上進行封口處理，制成真空封閉的玻璃管。將密封好的玻璃管放入不同溫度下的烘箱中聚合24 h，最終得到聚甲基丙烯酸異丁酯(聚甲基丙烯酸異辛酯)。

1.3 測試方法

準確稱取待測材料，質(zhì)量記為Wa1，室溫下浸泡到足量的待測油品中，24 h后取出，讓其自然流淌5 min，稱取吸油后的材料質(zhì)量Wa2。每個樣品測3次，計算材料的吸油率K (g·g-1)。

K=(Wa2-Wa1)/Wa1

2 結(jié)果與討論

圖1和圖2分別是當AIBN添加量不同時，聚甲基丙烯酸丁酯與聚甲基丙烯酸異辛酯對煤油和四氯化碳的吸油率變化曲線。由圖1和2可以看出，隨著AIBN量的增加，聚甲基丙烯酸異辛酯的吸油率起初隨之增加，這是因為隨著引發(fā)劑的含量增加，反應(yīng)速率變快，體系中的聚合物數(shù)量增加，使得吸油率也隨之升高。之后，AIBN量增加，聚甲基丙烯酸異辛酯的吸油率則緩慢下降，這是由于引發(fā)劑含量增加，聚合度下降，吸油能力也隨之下降，而聚甲基丙烯酸丁酯隨著AIBN量的增加，其吸油率變化并不明顯。在測試條件下，對于煤油的吸油效果聚甲基丙烯酸異辛酯均優(yōu)于聚甲基丙烯酸丁酯，可見含有長鏈碳原子的丙烯酸樹脂對煤油和四氯化碳的吸附性能更好。

圖1 AIBN的添加量對煤油中吸油率的影響Fig.1 Influence of the additive amounts of AIBN on the oil absorption of kerosene

圖2 AIBN的添加量對四氯化碳中吸油率的影響Fig.2 Influence of the additive amounts of AIBN on the oil absorption of carbon tetrachloride

圖3和圖4分別為MBA添加量不同時，聚甲基丙烯酸丁酯與聚甲基丙烯酸異辛酯對煤油和四氯化碳的吸油率變化曲線。由圖3可以看出，隨著MBA量的增加，聚甲基丙烯酸異辛酯的吸油率起初隨之增加，當MBA為0.25wt%時，吸油率達到最大值4.93 g·g-1，而聚甲基丙烯酸丁酯隨著MBA量的增加，其吸油率變化并不明顯。

圖3 MBA的添加量對煤油中吸油率的影響Fig.3 Influence of the additive amounts of MBA on the oil absorption of kerosene

由圖4可以看出，聚甲基丙烯酸丁酯在不同MBA含量時，其吸油率整體變化不明顯，而聚甲基丙烯酸異辛酯的吸油率則隨著MBA的增加而下降，這是因為交聯(lián)劑的量過多時，樹脂的剛性變大，樹脂的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)伸展被抑制，使得樹脂能容納的油量下降。

圖4 MBA的添加量對四氯化碳中吸油率的影響Fig.4 Influence of the additive amounts of MBA on the oil absorption of carbon tetrachloride

在測試條件下，對煤油和四氯化碳的吸油效果聚甲基丙烯酸異辛酯均優(yōu)于聚甲基丙烯酸丁酯。

圖5和圖6是聚甲基丙烯酸丁酯與聚甲基丙烯酸異辛酯以溫度為變量時分別對煤油和四氯化碳的吸油率變化曲線。由圖可以看出，隨著溫度的提高，甲基丙烯酸異辛酯的吸油率起初明顯增加，隨之增大趨勢變緩，這是因為起初隨著溫度升高，聚合速率加快，體系里聚合物含量增加，吸油率也明顯增大，后期隨著溫度升高，對聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)影響不大，因此其吸油率變化也不明顯。

圖5 溫度對煤油中吸油率的影響Fig.5 Influence of temperature on the oil absorption of kerosene

圖6 溫度對四氯化碳中吸油率的影響Fig.6 Influence of temperature on oil absorption of carbon tetrachloride

在測試條件下，對于煤油和四氯化碳的吸油效果，甲基丙烯酸異辛酯均優(yōu)于甲基丙烯酸丁酯。

3 結(jié)論

采用熱聚合方法，在不同條件(引發(fā)劑含量、交聯(lián)劑含量和反應(yīng)溫度)下分別制備了聚甲基丙烯酸丁酯和聚甲基丙烯酸異辛酯為單體，并測試了產(chǎn)品的吸油能力。測試結(jié)果表明，對于煤油和四氯化碳的吸附能力，聚甲基丙烯酸異辛酯均優(yōu)于聚甲基丙烯酸丁酯。