[发明专利]一种水滑石插层结构高吸水树脂添加剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机-无机复合材料及其制备领域，特别是提供了一种水滑石插层结构高吸水树脂添加剂的制备方法，是一种亲水性物质以不同比例共插层水滑石，涉及构筑一种共插层结构水滑石复合材料并研究其作为添加剂应用于吸水树脂后对耐盐性的改善情况。

背景技术

高吸水性树脂是一种可以短时间内吸收自重几百倍至几千倍的水，在加压下也不脱水或脱水很少，且可反复使用的功能性聚合物材料。正是由于其独特的性能，高吸水性树脂被广泛应用于诸多领域，已成为人类日常生活和国民经济中不可缺少的材料。然而，高吸水树脂目前还存在一些诸如生产成本较高，吸水速率较慢，吸水后强度较低，耐盐性差等问题，严重影响了其在生产和生活中的广泛应用。因此，人们致力于通过各种方法来改善吸水树脂的这些不足。有机与无机杂化吸水材料是近年来的一个研究重点，它不仅可克服纯有机吸水树脂的一些缺点，还可提高吸水材料的综合性能，扩大应用领域。

双金属复合氢氧化物又称为水滑石(Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)是一种典型的多功能层状材料，既以天然矿物形式存在，又可人工合成，且具有层间阴离子可交换性。利用此种性能可以将带有亲水性侧基(OH^-，SO₃^-，COO^-，CH₂COO^-等)的单体或可聚合单元通过离子交换插入层间，进而通过光、热或氧化还原实现单体在层间的原位聚合。丙烯酸(AA)、2-丙烯酸胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)是吸水树脂最常用的材料，都带有亲水性侧基，利用LDHs的层间阴离子可交换性将两者共插层到水滑石中，然后作为添加剂应用于吸水树脂中，不仅可以改善吸水材料的综合性能，尤其是凝胶强度和耐盐性，促进材料的多样化，而且可降低吸水材料的生产成本，同时对开发水滑石，提高水滑石的利用价值也具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种水滑石插层结构高吸水树脂添加剂的制备方法，实现亲水性物质以不同比例共插层，发生层间原位聚合，并作为添加剂应用于吸水树脂。通过添加水滑石亲水性矿物质，解决了吸水树脂凝胶强度低、生产成本高等问题。

本发明利用水滑石的可插层性将一系列不同比例的亲水性物质AA、AMPS采用离子交换法共插层到水滑石层间；然后再通过外加引发剂过硫酸钾，实现共插层阴离子的层间原位聚合；最后将层间聚合水滑石作为添加剂应用于吸水树脂的制备中。

本发明是将两种亲水性物质共插层入水滑石，进行层间原位聚合，并将层间聚合水滑石应用于吸水树脂添加剂的方法。首先构筑实施该层间聚合的条件，即利用水滑石的可插层性将亲水性物质采用离子交换法共插入到水滑石层间；然后再加入引发剂，实施对亲水性物质的层间聚合反应，所述的亲水性物质为丙烯酸和2-丙烯酸胺基-2-甲基丙磺酸的混合物，所述的引发剂为过硫酸钾(K₂S₂O₈)；其次构筑实施将上述发生层间聚合的水滑石作为添加剂合成高吸水树脂的条件，即采用水溶液法，将发生层间聚合的水滑石与丙烯酸一起形成高吸水树脂。

具体工艺步骤如下：

离子交换法制备共插层水滑石：

A.配制可溶性二价硝酸镁和可溶性三价硝酸铝的混合溶液，其中二价金属离子浓度为0.8-1.6mol/L。

B.将氨水缓慢滴加到步骤A配置的硝酸盐混合液中，将溶液的pH调至8-10，放入到反应釜中，充N₂10-20min，放入烘箱中，在100-150℃下晶化12-48h，用除CO₂的去离子热水离心洗涤至中性，得到硝酸根水滑石前体，记作：NO₃-LDH。

C.取不同比例的AA、AMPS溶于水中，在20-25℃的温度下，用Na0H溶液将其中和至pH＝8±0.2，加入上述制得的NO₃-LDH，在60-70℃下离子交换24-48h，用除CO₂的去离子热水离心洗涤至中性，70-100℃干燥12-24h，得到AA、AMPS共插层水滑石，记作：AA/AMPS-LDH。

共插层水滑石的层间聚合：

A.用除CO₂去离子水溶解过硫酸钾，使其浓度为7.4×10^-4-7.4×10^-5mol/L.