[发明专利]一种具有pH值敏感特性的高吸水树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有pH值敏感特性的高吸水树脂的制备方法，属于功能高分子材料领域。

背景技术

高吸水树脂是一种分子结构中含有强亲水基团，并且经适度交联而形成的具有三维网状结构的新型功能高分子材料。它能够在短时间内吸收自重几百倍至几千倍的水，并具有很强的保水性能，即使受压、受热也不易失水。此外，高吸水树脂还具有一般高分子材料所具有的弹性、可塑性、力学性能，而且树脂的性能可以通过分子设计来调节，产品易于加工。由于这些特点，高吸水树脂在农林抗旱保苗、肥料缓释、园艺、石油天然气开采、工业堵漏、日用化工、环境保护和食品加工等领域显示出广阔的应用前景。

目前，高吸水树脂大多是一次性使用，使用完成后，其废弃物主要是用土埋的方法进行处理，通过微生物的降解作用来实现其降解（功能高分子学报，1999，12：389-392；微生物学报，2004，31（6）：83-86）。这种方法对于树脂分子链中含有可生物降解的链段时，非常有效，但是当分子链中含有不易降解的链段、基团或分子结构时，该方法就不能使高吸水树脂有效地快速降解。降解不完全的树脂会对环境造成污染，而且一次性使用会造成资源浪费、成本提高。因此，探索开发对外界刺激具有响应特性的高吸水树脂，以及研究降解后高吸水树脂的再回收利用，实现其循环使用的技术，是非常重要的研究课题。

pH值的变化作为一种重要的外界刺激方式，具有灵敏度高、容易实现、操作方便等特点，特别是当需要在弱酸和弱碱之间进行可逆转变时，体系pH值的改变不会对周围环境体系造成影响。因此，如果将pH值敏感的基团引入高吸水树脂分子结构中，制备具有pH值敏感特性的高吸水树脂，并将其作为油气田堵漏剂、农用保水剂等材料来使用。在使用过程中，体系pH值的微小改变，不会对周围的地层造成伤害，但会使树脂发生快速降解；降解后的高吸水树脂回收后，通过调节pH值，又可以形成交联结构，重复使用，实现了循环利用，节约了资源，同时也减少了环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有pH值敏感特性的高吸水树脂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的一种具有pH值敏感特性的高吸水树脂的制备方法，其制备工艺是，将丙烯酸溶于分散介质中，在低温条件下，用碱液中和到适宜的中和度，接着依次加入丙烯酰胺、pH值敏感单体、功能性单体和交联剂，混合均匀，再加入引发剂，在30-70℃，反应0.5-8小时，然后把产物置于100-130℃干燥2-5小时，粉碎后即制得高吸水树脂。

本发明所述的分散介质选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿。根据各种单体、引发剂、交联剂在各种溶剂中的溶解性，来确定分散介质的组份及各组份之间的配比。

本发明所述的碱液选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾，并将其溶于水中配成质量浓度为10-85%的溶液，然后在低温条件下，用漏斗缓慢滴加到体系中，使丙烯酸的中和度为10-90%。

本发明所述的pH值敏感单体选自带有可聚合双键的亚胺类、酰腙类单体，优选含双键的苯甲醛类、脂肪醛类化合物的衍生物单体。

上述带双键的亚胺类单体通过带双键的醛或酮类化合物与带双键的胺类化合物反应来制备，优选带双键的苯甲醛或其同系物、脂肪醛类化合物与烯丙胺或其同系物反应，如4-烯丙氧基苯甲醛与烯丙胺在碱性条件下反应，制备亚胺类单体。

上述带双键的酰腙类单体通过双键的醛或酮类化合物与带双键的酰肼类化合物反应来制备，优选带双键的苯甲醛或其同系物、脂肪醛类化合物与丙烯酰肼或其同系物反应，如2-烯丙氧基苯甲醛与丙烯酰肼在碱性条件下反应，制备酰腙类单体。

制备高吸水树脂时，先将带双键的醛、酮类化合物与带双键的胺类或酰肼类化合物分别反应制备亚胺类或酰腙类单体，然后将其加入到体系中与其他单体聚合来制备高吸水树脂。在树脂体系中，该单体起到交联剂的作用。

本发明所述的高吸水树脂的降解是通过外界pH值的改变来控制树脂分子结构中的亚胺键或酰腙键的断裂来实现的。制备好的高吸水树脂具有交联网状结构，当pH值降低时，分子结构中的亚胺键或酰腙键断裂，体系的交联点被破坏，分子链断裂，交联结构变成线形结构，分子量迅速降低，树脂发生快速降解。

上述降解后的树脂，在pH值升高时，体系中的亚胺键或酰腙键又重新生成，树脂分子链从线性结构转变为网状交联结构，又可以重新作为高吸水树脂使用，具有循环利用的特点。