[发明专利]一种磺酸型阳离子交换树脂微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磺酸型阳离子交换树脂微球及其制备方法，以无皂乳液聚合方法制备的苯乙烯/二乙烯基苯/2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基‑1‑丙烷磺酸/N‑N，‑亚甲基双丙烯酰胺交联聚合物微球为骨架，使用溶剂对其进行溶胀，之后用氯磺酸对其进行磺化，合成出含有大量磺酸根的阳离子交换树脂微球。本发明的磺酸型阳离子交换树脂微球及其制备方法，具有方法简单，条件温和，原料廉价，后处理简单，离子交换量大等优点。

技术领域

本发明属于离子交换材料技术领域，具体涉及一种交换容量大的离子交换材料，具体是涉及一种磺酸型阳离子交换树脂微球及其制备方法。

背景技术

离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物，它具有交换、选择、吸附和催化等功能，在质子交换膜、催化剂、分离提纯、工业高纯水制备、医药卫生等很多领域具有重大应用。聚苯乙烯型离子交换树脂应用最为广泛，它是以聚苯乙烯为骨架，小分子的功能基以化学键的形式对聚苯乙烯苯环进行修饰，所以既保留了原有低分子的各种优良性能，又由于高分子效应可增添新的功能，这使得离子交换树脂的性能大幅度提高。交联聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂对于硬水软化具有很大作用，随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高，促使离子交换树脂的生产和应用技术不断提高。

为了使硬水软化的效率更高，就需要引入更多可交换基团，加快离子交换。传统的方法是以苯乙烯(St)，二乙基苯(DVB)经悬浮聚合法制备的共聚物微球为骨架，然后直接滴加浓硫酸进行磺化反应，从而使苯环修饰上磺酸基，达到离子交换的目的，但是聚合物微球中有一部分粒度不符合要求，这样会增加生产成本、增加能耗、浪费资源，而且其离子交换效果也不是特别理想。

因此，研究开发出一种交换效率高的离子交换树脂具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种磺酸型阳离子交换树脂微球及其制备方法，采用2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)为水溶性单体，在聚合结束后得到的聚苯乙烯微球外表面具有亲水性质，在溶胀磺化后可在聚合物微球内外表面都能修饰上磺酸基，从而达到提高离子交换率的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种磺酸型阳离子交换树脂微球的制备方法，包括：

1)在氮气保护、搅拌和回流条件下，向容器中依次加入水、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀；然后向其中加入苯乙烯、二乙烯基苯，加热升温至70～80℃，恒温8～12min后，加入过硫酸钾，反应20～26h，产物离心、洗涤若干次，真空干燥，得到聚苯乙烯微球；其中，所述2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、苯乙烯、二乙烯基苯、过硫酸钾的配方比例为0.8～4g：0.015～0.075g：3.5～4.5ml：0.022～0.028ml：0.09～0.11g；

2)用二氯甲烷对步骤1)中得到的聚苯乙烯微球进行溶胀25～35min，所述聚苯乙烯微球与二氯甲烷的质量体积比为1g：45～55ml；之后滴加氯磺酸和二氯甲烷的混合溶液，所述混合溶液中氯磺酸和二氯甲烷的体积比为1：2.5～3.5，所述用于溶胀所述聚苯乙烯微球的二氯甲烷与所述混合溶液的体积比为1：1.8～2.2；室温下进行磺化反应4～16h，离心、洗涤若干次，即得所述磺酸型阳离子交换树脂微球。

上述步骤1)中，所制得的聚苯乙烯微球，即溶胀磺化前的聚合物微球的化学结构式如下式所示：

其中苯乙烯(St)为油溶性单体，二乙烯基苯(DVB)为油溶性交联剂，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)为水溶性单体，N-N，-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为水溶性交联剂。

一实施例中：所述步骤1)中，过硫酸钾以0.45％～0.55％过硫酸钾水溶液的形式加入。