一种聚丙烯酸钠超吸水性材料及其绿色合成方法
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种聚丙烯酸钠超吸水性材料及其绿色合成方法。
背景技术
超吸水性材料是一种吸水能力特别强的物质，能够吸收自身重量的几百倍甚至几千倍的水，这是以往其它材料不可比拟的。它不但吸水能力特别强，而且保水能力非常高，吸水后无论加多大的压力也不脱水。超吸水性材料属于功能高分子材料，既有独特的吸水性能和保水能力，同时又具有高分子材料的优点，使其在卫生巾、纸尿布、土壤保水剂、农业化肥及药物控制释放剂等方面已得到广泛应用。
现有技术中，超吸水材料往往需要在有惰性气体保护下的密闭体系内合成，合成过程中往往采用冰水冷却、水浴加热和通氮等工艺流程，而反应体系一旦不稳定出现意外，容易发生爆炸等事故；并且，反应过程需要的多次进行外部加热，徒增能耗；此外，现有技术的反应体系难以避免有机溶剂的污染，无法实现绿色环保。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种聚丙烯酸钠超吸水性材料及其绿色合成方法，采用敞开体系水溶液聚合法，大大简化工艺流程，绿色环保，解决了上述背景技术中的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种聚丙烯酸钠超吸水性材料的绿色合成方法，包括如下步骤：
1)在空气接触的敞开水体系中加入氢氧化钠，于水中溶解并产生溶剂热；
2)当溶液温度上升至30～50℃时，加入丙烯酸单体中和反应生成丙烯酸钠，控制反应的中和度50％～100％，同时利用中和热促使溶液温度升高；
3)当中和反应后的溶液温度为75～85℃时，加入交联剂和引发剂，发生交联共聚反应；
4)最后将得到的产物烘干，即得到聚丙烯酸钠超吸水性材料。
在本发明一较佳实施例中，1)在空气接触的敞开水体系中加入氢氧化钠和膨润土，于水中溶解并产生溶剂热。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤1)中，膨润土的质量占水体系质量的5％～20％。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤2)中，加入的丙烯酸单体的质量占溶液总质量的40～60％。
在本发明一较佳实施例中，所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。
在本发明一较佳实施例中，所述引发剂为过硫酸钾。
在本发明一较佳实施例中，所述丙烯酸单体、交联剂、引发剂的质量比为40～60：0.005～0.015：0.05～0.4。
在本发明一较佳实施例中，所述交联共聚反应生成内部有气泡的块状体产物。
在本发明一较佳实施例中，将产物处理为小块，放入真空烘箱，于95～110℃下进行减压烘干粉粹，得到聚丙烯酸钠超吸水性材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了上述方法合成的一种聚丙烯酸钠超吸水性材料，具有聚丙烯酸钠交联形成的三维网状结构，在吸水状态下，所述三维网状结构的孔隙内保存有水分子。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、本发明采用敞开体系水溶液聚合法，在与空气接触的情况下，一定中和度的单体溶液在引发剂的引发下在短时间内快速聚合生成膨润土/聚丙烯酸钠超吸水性复合材料，从而避免了惰性气体保护下的密闭体系及有机溶剂的污染，防止高分子反应工程中常见的爆炸发生；
2、本发明绿色合成方法，充分利用溶剂热、中和热等反应自身产生的热量推动反应进行，通过控制氢氧化钠和丙烯酸单体反应的中和度实现对温度和反应进程的调控，省去了用冰水冷却、通氮，特别是传统水浴加热的工艺流程，并且大大的缩短了反应时间，简化了工艺流程；
3、本发明在超吸水性复合材料的结构上引入了孔洞结构，可提高复合材料的吸水速率。
附图说明
图1为实施例1的工艺流程图；
图2为实施例1制备的聚丙烯酸钠超吸水性材料干样切面的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
实施例1
如图1，本实施例一种聚丙烯酸钠超吸水性材料的绿色合成方法，包括如下步骤：
1)向盛有50mL水的烧杯内加入16g氢氧化钠和4g的膨润土，搅拌，产生的溶剂热使溶液温度上升；
2)当溶液温度上升至50℃时，加入30mL(0.442M)丙烯酸单体进行中和；
3)当中和反应温度降至80℃时，迅速加入0.0147g N，N′-亚甲基双丙烯酰胺交联剂和0.1176g过硫酸钾引发剂发生交联共聚反应，反应温度进一步升高促使反应完全；
4)反应后得到中间有气泡的块状体，产物用剪刀剪成小块，放入真空烘箱，在95～110℃下，进行减压烘干粉粹，得到本实施例的聚丙烯酸钠超吸水性材料。
本实施例超吸水性材料充分吸水后，材料切片干样切面的扫描电子显微镜(SEM)如图2。从图中可见，该超吸水性材料具有三维的网状结构，由于吸水性高分子网络为交联的网状结构形态，水分子可保存在网络间的孔隙内，而图中网络间的孔洞为充分吸水的超吸水性复合材料真空干燥后失去的水分子所占据的位置。本实施例超吸水性材料吸水倍率为700g·g-1、吸0.9％盐水倍率80g·g-1，具有很好的吸水性能。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：不加人膨润土。
本实施例制备的超吸水性材料具有三维的网状结构，由于吸水性高分子网络为交联的网状结构形态，水分子可保存在网络间的孔隙内，因此具有很好的吸水性能。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
