吸水性樹脂是一種新型的功能高分子材料，具有 優(yōu)越的吸水性能和保水性能，已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、園藝、建 筑、涂料、石油化工及衛(wèi)生用品等領(lǐng)域。然而，目前實 際應(yīng)用的吸水性樹脂主要是聚丙烯酸和聚丙烯酰胺類 合成聚合物，存在生產(chǎn)成本高、耐鹽堿性和環(huán)境友好性 差等缺點，制約了其廣泛應(yīng)用[1]。天然高分子具有成 本低、可再生和生物可降解性好等優(yōu)勢，將其作為基質(zhì) 材料制備吸水性樹脂，不僅可以改變吸水性樹脂的化 學(xué)結(jié)構(gòu)，而且還可以降低成本，提高生物降解性，減小 廢棄后對環(huán)境的影響。瓜爾膠（GG)是一種天然的聚 半乳甘露糖膠，其結(jié)構(gòu)是以卩-1，4苷鍵相互連接的1> 甘露糖單元為主鏈，再在部分1>甘露糖單元的C6位 上間隔地連接單個D•半乳糖(比1，6苷鍵）為支鏈。可 以用于制備吸水性樹脂[2’3]。

蒙脫土（MMT)是一種2 : 1型三層結(jié)構(gòu)硅酸鹽， 片層厚度和片層間距均為lnm左右?。片層間的陽 離子容易與有機陽離子發(fā)生交換。通過交換反應(yīng)，將 有機陽離子引人MMT片層間可增強其與有機基體的 界面結(jié)合力，提高復(fù)合材料中有機相與無機相的相容 性；同時有機化的MMT片層間距變大，有利于MMT 片層與有機基體間實現(xiàn)納米尺度的復(fù)合，并均勻分散 在有機基體中[5’6]»有機化的MMT與丙烯酸(AA)共 聚后能顯著提高吸水性復(fù)合材料的強度和吸水性 能[4’7’8]。本文首先依次用Na2C03、NaCl、十六烷基三 甲基溴化銨（CTAB)對MMT進行改性，制備了 CTAB改性的蒙脫土（OMMT)，再以GG、OMMT和 AA為原料，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA)為交聯(lián) 劑，通過接枝聚合反應(yīng)制備了一種生產(chǎn)成本較低、可生 物降解、吸水性能優(yōu)異的瓜爾膠-g-聚丙烯酸/OMMT (GOg-PAA/OMMT)納米復(fù)合吸水性樹脂。研究了 OMMT的含量、MBA的濃度對吸水性樹脂吸水倍率 的影響，考察了 OMMT的引人對吸水性樹脂反復(fù)溶 脹性能的影響，為實際應(yīng)用奠定實驗基礎(chǔ)。

2 實驗

2.1原料

MMT:北京聯(lián)科納米材料有限公司；CTAB:分析 純，天津市博迪化工有限公司；GG:工業(yè)級，甘肅慶陽 市井下化工廠；AA:分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠；過 硫酸銨：分析純，西安化學(xué)試劑廠；MBA:化學(xué)純，天津 市光復(fù)精細化工研究所。其它試劑均為分析純。

2. 2制備方法 2.2.1 OMMT的制備

室溫下，稱取一定質(zhì)量的MMT加入蒸餾水制成 15%的礦漿，攪拌30min使土漿分散均勻，加人 MMT3. 5%(質(zhì)量分數(shù)）的Na2C03,攪拌30min、浸泡 30min、再攪拌30min后，加人MMT1. 2% (質(zhì)量分數(shù)） 的NaCU攪拌30min,靜置沉降10h。然后分離出粗 土，得到的精土漿經(jīng)抽提、烘干、粉碎，即得鈉基 MMT。最后向250mL錐形瓶中加人蒸餾水，置恒溫 水浴中加熱至80‘C，加人50g鈉基MMT，震蕩使其分 散，迅速加人一定質(zhì)量的CTAB，繼續(xù)震蕩2h后，經(jīng)離 心、洗滌、真空干燥、高溫活化、粉碎、過200目網(wǎng)篩得 到目標產(chǎn)物OMMT。

2.2.2納米復(fù)合吸水性樹脂的制備

將34mL 0. 067mol/L NaOH溶液加人到裝有機 械攪拌器、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)管和恒壓滴液漏斗的 250mL四口燒瓶中，向其中加人1.2g GG制得分散溶 液。在持續(xù)攪拌下，將此溶液升溫至60C并恒溫lh 后，向其中滴入含〇. l〇〇8g過硫酸銨的水溶液4mL， lOmin后將反應(yīng)物冷卻至4(TC向其中滴入含7. 2gAA、 8. 7mL 8mol/L NaOH 溶液及一定質(zhì)量的 MBA、’OM- MT的混合溶液。滴加完后緩慢升溫至70"C，繼續(xù)恒 溫反應(yīng)3h。整個實驗過程均用氮氣保護。反應(yīng)結(jié)束 后，將所得的產(chǎn)物置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，70’C下干燥至恒 重，再將干樹脂粉碎，過40?80目網(wǎng)篩。

不加OMMT時產(chǎn)物為瓜爾膠-g-聚丙烯酸(GOg- PAA)吸水性樹脂。

2.3性能測定與結(jié)構(gòu)表征 2.3.1性能測定

吸水性樹脂吸水倍率、反復(fù)溶脹性能的測定方法 參考文獻[3]。

2.3.2結(jié)構(gòu)表征

傅利葉變換紅外光譜（FT-IR)測定采用Nico- letAVTAR36〇FT-IR型紅外光譜儀，將試樣與溴化鉀 (光譜純)混合，研磨壓片后，在4000?400cm_1范圍內(nèi) 攝譜。

2.3.3掃描電鏡（SEM)分析

采用JSM-6701F冷場發(fā)射型掃描電鏡觀察并攝 影，測試前試樣經(jīng)噴金處理。

2.3.4 X射線衍射(XRD)分析

采用島津-XRD6000對試樣進行XRD分析， CuKa輻射，管電壓40kV，管電流30mA,連續(xù)記譜掃 描（掃描速度8°/min，掃描范圍2?40°)，狹縫寬度：發(fā) 射狹縫1. 00%掃描狹縫1. 00°，接收狹縫0. 3mm。

3結(jié)果與討論

3. 1 OMMT的含置對吸水倍率的影響

考察了 GOg-PAA及OMMT含量不同的GG-g- PAA/OMMT在蒸餾水中的吸水倍率，結(jié)果見圖1。

圖1 OMMT的含量對吸水性樹脂吸水倍率的影響 Fig 1 Effect of OMMT content on superabsorbent composites water absorbency 由圖1可知，GOg-PAA的吸水倍率為299g/g; 與之相比，引人OMMT之后，GG-g-PAA/OMMT吸 水倍率的變化趨勢是先隨OMMT含量的增加而增 大，當OMMT含量增為5%時，吸水倍率達最大 454g/g，而當OMMT含量繼續(xù)增加時，吸水倍率則呈 下降趨勢。OMMT片層表面的一()H可與吸水性樹 脂中的一OH、C=0發(fā)生作用，增加交聯(lián)點，改善吸 水性樹脂的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增加吸水倍率。另外， MMT經(jīng)過有機化改性后，片層間距擴大，片層上的負 電荷減小，聚合物可以插層到MMT片層間，MMT片 層及其表面的有機基團可以阻止接枝鏈的相互纏繞， 削弱分子鏈上一COOH間氫鍵的相互作用，改善三維 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加吸水倍率。然而，當OMMT含量> 5%時，吸水性樹脂中OMMT上一OH交聯(lián)點增多，三 維網(wǎng)絡(luò)空間減小，溶脹能力變差，并且過量的OMMT 會以物理填充的方式進入吸水性樹脂的三維網(wǎng)絡(luò)中， 占據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間，影響聚合物的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使 OMMT 含量越高（〉5% 以后），GOg-PAA/OMMT 的吸水倍率越低。值得指出的是，當OMMT含量達 到20%時，GOg-PAA/OMMT的吸水倍率仍然可以 達到300g/g，與GG-g-PAA的相當，這對降低生產(chǎn)成 本是非常有利的。

3.2 MBA的濃度對吸水倍率的影響

OMMT含量為5%時，MBA的濃度對GOg- PAA/OMMT吸水倍率的影響見圖2。MBA濃度< 3mmol/L時，聚合物分子不能有效地形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，吸水倍率隨MBA濃度的增加而升高；MBA濃度 >3mmol/L時，吸水倍率隨MBA濃度的增加顯著降 低。交聯(lián)劑濃度太小，交聯(lián)度低，樹脂吸水后呈半水溶 性狀態(tài)或部分成為水溶性樹脂，導(dǎo)致測得的吸水倍率 低。交聯(lián)劑濃度大，交聯(lián)度高，三維網(wǎng)絡(luò)空間小，樹脂 吸水后的溶脹度受限，導(dǎo)致吸水倍率下降。從提高吸 水倍率的角度考慮，應(yīng)在保證樹脂不溶解的前提下，盡 可能地降低交聯(lián)度。

Concentration of MBA/mmol L'1

圖2 MBA的濃度對含5 % OMMT的GOg-PAA/

OMMT吸水倍率的影響

Fig 2 GG-g-PAA/OMMT(5%OMMT) water absorb¬ency with different concentration of MBA 3.3 OMMT的引入對反復(fù)溶脹性能的影響

反復(fù)溶脹性能是評價吸水性樹脂實際應(yīng)用性的一 項重要指標。本文對GOg-PAA和OMMT含量為 5%的GOg-PAA/OMMT的反復(fù)溶脹性能進行了測 定，實驗結(jié)果如圖3。由圖3可以看出，隨著反復(fù)溶脹 次數(shù)的增加，GG~g-PAA和OMMT含量為5%的GO g-PAA/OMMT的吸水倍率都下降，但GOg-PAA的 吸水倍率隨著反復(fù)溶脹次數(shù)的增加降低更為迅速。經(jīng) 過6次反復(fù)溶脹之后，GOg-PAA和OMMT含量為5 %的GG-K-PA A ()MMT的吸水倍率分別能保持仞 始時的25.56%、77. 23%,由此可見5%OMMT的引 入改禆了吸水忭樹脂的反復(fù)溶脹性能。以i分析結(jié)米表明該納米復(fù)介吸水性樹脂rt冇較好的反a溶脹性能可以ffiS使川。