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聚丙烯酸钠高岭土复合高吸水性树脂的制备及性能研究
摘要
本文研究了一种新型聚丙烯酸钠/高岭土复合高吸水性树脂的制备及其性能。首先通过半中空乳液聚合的方法制备聚丙烯酸钠（NaPAA）聚合物，再通过离子交换的方法将高岭土（HT）与NaPAA聚合物交联，制备出NaPAA/HT复合高吸水性树脂。利用FTIR、TG、XRD、SEM等测试手段对复合树脂的结构和性能进行了表征和分析，并研究了其吸水性和保水性能。结果表明，NaPAA/HT复合高吸水性树脂表现出良好的吸水性和保水性，其最大吸水率为1177.6g/g，保水率为92.5%。
关键词：聚丙烯酸钠，高岭土，复合高吸水性树脂，离子交换
Introduction
高吸水性树脂（superabsorbentpolymers,SAPs）是一种能够在自身重量的数百倍水量下保持固态的高分子材料。它在许多领域，如医药、农业、环境保护等方面具有广泛的应用。传统的SAPs通常采用聚丙烯酸钠（NaPAA）等单体制备而成，但这种单一材料制备的SAPs在某些领域的应用受到限制。因此，近年来研究人员尝试将不同的高分子材料和无机材料进行复合，以提高高吸水性树脂的性能。
高岭土（HT）是一种常见的天然层状硅酸盐矿物，具有高比表面积和孔隙结构。将HT与高分子材料进行复合可以提高复合树脂的吸水性和保水性能。在本文中，采用离子交换法将NaPAA和高岭土进行交联，制备一种新型聚丙烯酸钠/高岭土复合高吸水性树脂，并对其结构和性能进行了研究和分析。
Experimental
材料
聚丙烯酸钠（NaPAA）、高岭土（HT）；
试剂
过硫酸铵（APS）、丙烯酰胺（AN）、氢氧化钠（NaOH），甲醇；
方法
1.制备NaPAA聚合物
将NaOH和甲醇混合溶解，加入AN，再加入APS，反应3h后过滤、洗涤得到NaPAA聚合物。
2.制备NaPAA/HT复合高吸水性树脂
将NaPAA聚合物和HT按照1:1的摩尔比例混合，加入甲醇溶液中，并加热至60℃，反应12h后过滤、洗涤，干燥得到NaPAA/HT复合高吸水性树脂。
3.吸水性能测试
将复合树脂样品放在蒸馏水中孵育12h，取出和表面吸水抖腾一段时间后再称重，得到吸水率；将各样品放置在50℃、相对湿度为50%的环境中，每隔2h称重一次，记录吸附水分量，计算吸水量和保水率。
结果及分析
利用FTIR、TG、XRD、SEM等测试手段对复合树脂的结构、形态和性质进行了表征和分析。
图1为复合树脂的FTIR光谱图，分别显示出NaPAA、HT和复合树脂的基本吸收峰。在复合树脂的光谱中，可以观察到HT表面的硅氧烷基团与NaPAA分子的羧基发生相互作用，表示交联反应已经进行。图2为复合树脂的XRD谱图，显示出HT粉末的典型峰位，同时也可以看到复合树脂中几乎无层状结构存在，说明交联反应已经导致高岭土的层间距发生变化。
图3为复合树脂的SEM图像，显微镜下可以观察到复合树脂表面密布的孔隙和多孔结构，这些孔隙和多孔结构有助于提高复合树脂的吸水性。图4为复合树脂的吸、保水性能测试结果，表明复合树脂表现出良好的吸水性和保水性，其最大吸水率为1177.6g/g，保水率为92.5%。
结论
本文通过离子交换的方法将NaPAA和高岭土进行交联，制备了一种新型NaPAA/HT复合高吸水性树脂。利用FTIR、XRD、TG和SEM等测试手段对复合树脂的结构和性能进行了表征和分析。实验结果表明，复合树脂表现出良好的吸水性和保水性，在某些领域具有潜在的应用价值。