專利名稱：用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用輻射技術(shù)制備高吸水性樹脂的方法，尤其涉及一種利用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法。
背景技術(shù)：
高吸水性樹脂是近年來迅速發(fā)展的一種功能性高分子材料，它的吸水能力可達(dá)幾百倍到幾千倍。一旦吸水，吸收的水分不易被機(jī)械壓力壓出，具有優(yōu)良的保水性能，在生物、醫(yī)藥、衛(wèi)生用品、農(nóng)林、園藝方面有著廣泛的用途。此外，工業(yè)上還可用作增稠劑、吸氧劑、脫水劑、保鮮劑、防霧材料等等。傳統(tǒng)的方法一般采用溶液聚合或反相懸浮聚合等方法，反應(yīng)時(shí)間一般需要1小時(shí)以上，反應(yīng)溫度高于常溫，且必須加入交聯(lián)劑，反相懸浮聚合還需要加入分散劑等，而且后期干燥提純等處理比較困難，因此這些方法應(yīng)用起來都有局限性。如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N92111822中公開了一種“三元共聚高吸水性樹脂的溶液聚合合成方法”，采用丙烯酸鈉、丙烯酰胺和淀粉共聚，其制備過程采用丙烯酸鈉、丙烯酰胺先預(yù)聚，再加入淀粉的兩步法聚合，加快了反應(yīng)速度，反應(yīng)時(shí)間仍需1～2小時(shí)。
針對(duì)上述問題，目前現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了利用輻射技術(shù)制備高吸水性樹脂的方法，一般包括紫外光輻射、伽馬射線輻射、超聲波輻射等。輻射聚合因?yàn)槠渌杼砑觿┥?，操作時(shí)間短，過程容易控制，后期處理簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)，不失為另一種制備高吸水性樹脂的好方法。文獻(xiàn)“Radiation modification ofwater absorption of cassava starch by acrylic acid/acrylamide，RadiationPhysics and Chemistry 59(2000)，(413-427)”中就公開了一種用伽馬射線輻射將丙烯酸和丙烯酰胺聚合并接枝到木薯淀粉上，對(duì)木薯淀粉的吸水性進(jìn)行了改性。此外，紫外光輻射經(jīng)常用于表面改性，異相接枝等用途，例如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN01130787采用紫外光表面接枝法，把丙烯酸等聚合并接枝到聚丙烯表面，制成了一種柔而韌的高吸水性材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法，即在常溫下直接用紫外光引發(fā)聚合，無需加交聯(lián)劑，或加入比溶液聚合時(shí)用量要少得多的交聯(lián)劑，操作簡(jiǎn)便，在短時(shí)間內(nèi)溫和條件下就能得到產(chǎn)品。使制成的高吸水性樹脂吸水速率較快，平衡吸水倍數(shù)能達(dá)到六七百倍。
本發(fā)明制備高吸水性樹脂的方法，依次包括以下各步驟a.在丙烯酸中加入占其體積0.5～5倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為20～80％的丙烯酸溶液，然后在丙烯酸溶液中加入共聚單體，使共聚單體和丙烯酸的摩爾比為0～1∶1，再加入交聯(lián)劑N，N’-二甲基雙丙烯酰胺，使溶液中交聯(lián)劑的摩爾百分含量為0～5‰，在該溶液中再加入光敏劑，使溶液中光敏劑的摩爾百分含量為0.1‰至飽和；b.在上述配好的溶液中通氮?dú)庖猿パ鯕猓缓笕∫徊糠旨釉诜磻?yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，用紫外光輻射聚合，射輻時(shí)通入氮?dú)?，使氮?dú)饬髁繛?～25L/h，并根據(jù)對(duì)吸水性樹脂不同吸水速率和平衡吸水倍數(shù)的要求，調(diào)整紫外光的強(qiáng)度和照射時(shí)間，反應(yīng)完畢即得到高吸水性樹脂。
上述步驟a中所加入的共聚單體可采用丙烯酰胺或丙烯酸丁酯；所加入的光敏劑為二苯甲酮、氧雜蒽酮、N，N’-二芳基對(duì)苯二胺中的任何一種。本發(fā)明涉及的紫外光輻射聚合方程式為(以光敏劑為二苯甲酮為例)激發(fā)奪氫引發(fā) 增長(zhǎng) 注上標(biāo)S代表單線態(tài)，上標(biāo)T代表三線態(tài)。R代表-OH，-ONa，-NH2，-OC4H9等。
芳香酮及其衍生物在吸收紫外光后被激發(fā)到單線態(tài)S，然后迅速系間竄躍到三線態(tài)，當(dāng)遇到氫給予體時(shí)，該羰基奪取氫而被還原成羥基，同時(shí)也生成了一個(gè)自由基，從而引發(fā)鏈增長(zhǎng)。主鏈上帶有自由基時(shí)既可以發(fā)生中止反應(yīng)，也可以兩兩結(jié)合而交聯(lián)，另外側(cè)基之間的反應(yīng)也會(huì)促進(jìn)交聯(lián)，當(dāng)加入交聯(lián)劑的時(shí)候，交聯(lián)劑的兩個(gè)雙鍵也能導(dǎo)致交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，正是這些交聯(lián)反應(yīng)得到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得紫外光聚合產(chǎn)物可以溶脹吸水。
利用本發(fā)明制備高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)在于(1)吸水性樹脂的原料配方中可以不加交聯(lián)劑，或加入比溶液聚合時(shí)用量要少得多的交聯(lián)劑，樹脂靠自交聯(lián)產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸水。與加入交聯(lián)劑的情況相比較，水分更容易到達(dá)樹脂內(nèi)部，從而吸水倍數(shù)更高，同時(shí)也使產(chǎn)品的成本降低。
(2)紫外光輻射在常溫下進(jìn)行，操作便捷高效，光強(qiáng)和輻射時(shí)間可以自由調(diào)節(jié)。
(3)吸水性樹脂的吸水速率和平衡吸水倍數(shù)可以通過調(diào)整紫外光的強(qiáng)度和照射時(shí)間來控制。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在丙烯酸中加入其體積1倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為80％的丙烯酸溶液。在溶液中加入光敏劑二苯甲酮至飽和，再加入交聯(lián)劑N，N’-二甲基雙丙烯酰胺，使其摩爾百分含量為5‰。將配好的丙烯酸溶液通氮?dú)獬鯕?，?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈輻射聚合10min，燈管距樣品距離為35cm，氮?dú)饬髁繛?L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，該產(chǎn)品吸水倍數(shù)為620倍。
實(shí)施例2在丙烯酸中加入其體積5倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為40％的丙烯酸溶液。加入光敏劑氧雜蒽酮，使溶液中氧雜蒽酮的摩爾百分含量為0.1‰。將配好的丙烯酸溶液通氮?dú)獬鯕?，?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈管輻射聚合3min，燈管距樣品距離為15cm，氮?dú)饬髁繛?5L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，該產(chǎn)品吸水倍數(shù)560倍。
實(shí)施例3在丙烯酸中加入其體積0.5倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為50％的丙烯酸溶液，加入一定量的丙烯酰胺，使丙烯酰胺和丙烯酸的摩爾比為1∶3。加入光敏劑二苯甲酮，使溶液中的二苯甲酮達(dá)到飽和。在配好的丙烯酸和丙烯酰胺混合溶液中通氮?dú)獬鯕?，?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈管輻射聚合1min，燈管距樣品距離為30cm，氮?dú)饬髁繛?5L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，吸水倍數(shù)為650倍。
實(shí)施例4在丙烯酸中加入其體積2倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為60％的丙烯酸溶液，加入一定量的丙烯酸丁酯，使丙烯酸丁酯和丙烯酸的摩爾比為1∶1。加入光敏劑二苯甲酮，使溶液中光敏劑二苯甲酮的摩爾百分含量為5％。將配好的丙烯酸和丙烯酰胺溶液通氮?dú)獬鯕?，?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈管輻射聚合3min，燈管距樣品距離為25cm，氮?dú)饬髁繛?0L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，吸水倍數(shù)為680倍。
實(shí)施例5在丙烯酸中加入其體積3倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為65％的丙烯酸溶液，加入一定量的丙烯酰胺，使丙烯酰胺和丙烯酸的摩爾比為1∶5。加入光敏劑氧雜蒽酮，使溶液中光敏劑氧雜蒽酮的摩爾百分含量為1％。將配好的丙烯酸和丙烯酰胺溶液通氮?dú)獬鯕猓?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈管輻射聚合7min，燈管距樣品距離為20cm，氮?dú)饬髁繛?5L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，吸水倍數(shù)為750倍。
實(shí)施例6在丙烯酸中加入其體積4倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為70％的丙烯酸溶液，加入一定量的丙烯酰胺，使丙烯酰胺和丙烯酸的摩爾比為1∶7；加入光敏劑N，N’-二芳基對(duì)苯二胺，使溶液中N，N’-二芳基對(duì)苯二胺的摩爾百分含量為0.5‰。將配好的丙烯酸和丙烯酰胺溶液通氮?dú)獬鯕猓?ml加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?00瓦紫外燈管輻射聚合10min，燈管距樣品距離為15cm，氮?dú)饬髁繛?0L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，其吸水倍數(shù)為700倍。
實(shí)施例7在丙烯酸中加入其體積5倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為80％的丙烯酸溶液，加入一定量的丙烯酰胺，使丙烯酰胺和丙烯酸的摩爾比為1∶9。加入光敏劑N，N’-二芳基對(duì)苯二胺，使溶液中N，N’-二芳基對(duì)苯二胺的摩爾百分含量為0.2‰。將配好的丙烯酸和丙烯酰胺溶液通氮?dú)獬鯕猓?ml加在加在反應(yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，通入氮?dú)庥?000瓦紫外燈管輻射聚合12min，燈管距樣品距離為10cm，氮?dú)饬髁繛?L/h，反應(yīng)完畢即得到目標(biāo)產(chǎn)品，吸水倍數(shù)為630倍。
吸水性的測(cè)定將輻射制得的吸水性樹脂，在烘箱中烘干后，取其部分研磨成粉，磨細(xì)過篩，選取20～40目范圍的顆粒，準(zhǔn)確稱量0.0900～0.1000g浸泡在足量的去離子水當(dāng)中，開始計(jì)時(shí)，以每隔1分鐘，將吸水樹脂過200目篩自然濾干后稱重，測(cè)量樹脂的吸水倍數(shù)，以此來表征吸水速率。
測(cè)平衡吸水倍率時(shí)，吸水48小時(shí)以上再稱量。
吸水倍率(g/g)＝[吸水后樹脂重(g)-干樹脂重(g)]/干樹脂重(g)
權(quán)利要求
1.一種用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法，其特征在于該方法依次包括如下步驟a.在丙烯酸中加入占其體積0.5～5倍的去離子水，用氫氧化鈉部分中和，配制成中和度為20～80％的丙烯酸溶液，然后在丙烯酸溶液中加入共聚單體，使共聚單體和丙烯酸的摩爾比為0～1∶1再加入交聯(lián)劑N，N’-二甲基雙丙烯酰胺，使溶液中交聯(lián)劑的摩爾百分含量為0～5‰，在該溶液中再加入光敏劑，使溶液中光敏劑的摩爾百分含量為0.1‰至飽和；b.在上述配好的溶液中通氮?dú)庖猿パ鯕?，然后取一部分加在反?yīng)器底部，反應(yīng)器密閉，用紫外光輻射聚合，射輻時(shí)通入氮?dú)猓沟獨(dú)饬髁繛?～25L/h，并根據(jù)對(duì)吸水性樹脂不同吸水速率和平衡吸水倍數(shù)的要求，調(diào)整紫外光的強(qiáng)度和照射時(shí)間，反應(yīng)完畢即得到高吸水性樹脂。
2.按照權(quán)利要求1所述的用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法，其特征在于步驟a中所述的共聚單體為丙烯酰胺和丙烯酸丁酯中的任一種。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法，其特征在于所述光敏劑為二苯甲酮、氧雜蒽酮、N，N’-二芳基對(duì)苯二胺中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用紫外光輻射法制備高吸水性樹脂的方法,該方法首先在丙烯酸中加入占其體積0.5～5倍的去離子水,用氫氧化鈉部分中和,配制成丙烯酸溶液,也可再加入一定量的共聚單體,然后在該溶液中加入光敏劑;在配好的丙烯酸溶液中通氮?dú)獬鯕?取部分放在反應(yīng)器底部,反應(yīng)器密閉,用紫外光輻射聚合,射輻時(shí)通入氮?dú)?反應(yīng)完畢即得到高吸水性樹脂。利用本發(fā)明制備的高吸水性樹脂,其原料配方中可以不加交聯(lián)劑,樹脂靠自交聯(lián)產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸水;與其他方法相比較,水分更容易到達(dá)樹脂內(nèi)部,從而吸水倍數(shù)更高,可有效降低成本。同時(shí)紫外光輻射在常溫下進(jìn)行,不僅操作便捷,時(shí)間短,操作過程容易控制,而且后期處理簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)C08F20/00GK1339510SQ0114186
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2001年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月21日
發(fā)明者張樂, 謝續(xù)明, 張健 申請(qǐng)人:清華大學(xué)