吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料，具有 优越的吸水性能和保水性能，已应用于农业、园艺、建 筑、涂料、石油化工及卫生用品等领域。然而，目前实 际应用的吸水性树脂主要是聚丙烯酸和聚丙烯酰胺类 合成聚合物，存在生产成本高、耐盐碱性和环境友好性 差等缺点，制约了其广泛应用[1]。天然高分子具有成 本低、可再生和生物可降解性好等优势，将其作为基质 材料制备吸水性树脂，不仅可以改变吸水性树脂的化 学结构，而且还可以降低成本，提高生物降解性，减小 废弃后对环境的影响。瓜尔胶（GG)是一种天然的聚 半乳甘露糖胶，其结构是以卩-1，4苷键相互连接的1> 甘露糖单元为主链，再在部分1>甘露糖单元的C6位 上间隔地连接单个D•半乳糖(比1，6苷键）为支链。可 以用于制备吸水性树脂[2’3]。

蒙脱土（MMT)是一种2 : 1型三层结构硅酸盐， 片层厚度和片层间距均为lnm左右〜。片层间的阳 离子容易与有机阳离子发生交换。通过交换反应，将 有机阳离子引人MMT片层间可增强其与有机基体的 界面结合力，提高复合材料中有机相与无机相的相容 性；同时有机化的MMT片层间距变大，有利于MMT 片层与有机基体间实现纳米尺度的复合，并均匀分散 在有机基体中[5’6]»有机化的MMT与丙烯酸(AA)共 聚后能显著提高吸水性复合材料的强度和吸水性 能[4’7’8]。本文首先依次用Na2C03、NaCl、十六烷基三 甲基溴化铵（CTAB)对MMT进行改性，制备了 CTAB改性的蒙脱土（OMMT)，再以GG、OMMT和 AA为原料，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA)为交联 剂，通过接枝聚合反应制备了一种生产成本较低、可生 物降解、吸水性能优异的瓜尔胶-g-聚丙烯酸/OMMT (GOg-PAA/OMMT)纳米复合吸水性树脂。研究了 OMMT的含量、MBA的浓度对吸水性树脂吸水倍率 的影响，考察了 OMMT的引人对吸水性树脂反复溶 胀性能的影响，为实际应用奠定实验基础。

2 实验

2.1原料

MMT:北京联科纳米材料有限公司；CTAB:分析 纯，天津市博迪化工有限公司；GG:工业级，甘肃庆阳 市井下化工厂；AA:分析纯，天津大茂化学试剂厂；过 硫酸铵：分析纯，西安化学试剂厂；MBA:化学纯，天津 市光复精细化工研究所。其它试剂均为分析纯。

2. 2制备方法 2.2.1 OMMT的制备

室温下，称取一定质量的MMT加入蒸馏水制成 15%的矿浆，搅拌30min使土浆分散均勻，加人 MMT3. 5%(质量分数）的Na2C03,搅拌30min、浸泡 30min、再搅拌30min后，加人MMT1. 2% (质量分数） 的NaCU搅拌30min,静置沉降10h。然后分离出粗 土，得到的精土浆经抽提、烘干、粉碎，即得钠基 MMT。最后向250mL锥形瓶中加人蒸馏水，置恒温 水浴中加热至80‘C，加人50g钠基MMT，震荡使其分 散，迅速加人一定质量的CTAB，继续震荡2h后，经离 心、洗涤、真空干燥、高温活化、粉碎、过200目网筛得 到目标产物OMMT。

2.2.2纳米复合吸水性树脂的制备

将34mL 0. 067mol/L NaOH溶液加人到装有机 械搅拌器、回流冷凝管、氮气导管和恒压滴液漏斗的 250mL四口烧瓶中，向其中加人1.2g GG制得分散溶 液。在持续搅拌下，将此溶液升温至60C并恒温lh 后，向其中滴入含〇. l〇〇8g过硫酸铵的水溶液4mL， lOmin后将反应物冷却至4(TC向其中滴入含7. 2gAA、 8. 7mL 8mol/L NaOH 溶液及一定质量的 MBA、’OM- MT的混合溶液。滴加完后缓慢升温至70"C，继续恒 温反应3h。整个实验过程均用氮气保护。反应结束 后，将所得的产物置于鼓风干燥箱内，70’C下干燥至恒 重，再将干树脂粉碎，过40〜80目网筛。

不加OMMT时产物为瓜尔胶-g-聚丙烯酸(GOg- PAA)吸水性树脂。

2.3性能测定与结构表征 2.3.1性能测定

吸水性树脂吸水倍率、反复溶胀性能的测定方法 参考文献[3]。

2.3.2结构表征

傅利叶变换红外光谱（FT-IR)测定采用Nico- letAVTAR36〇FT-IR型红外光谱仪，将试样与溴化钾 (光谱纯)混合，研磨压片后，在4000〜400cm_1范围内 摄谱。

2.3.3扫描电镜（SEM)分析

采用JSM-6701F冷场发射型扫描电镜观察并摄 影，测试前试样经喷金处理。

2.3.4 X射线衍射(XRD)分析

采用岛津-XRD6000对试样进行XRD分析， CuKa辐射，管电压40kV，管电流30mA,连续记谱扫 描（扫描速度8°/min，扫描范围2〜40°)，狭缝宽度：发 射狭缝1. 00%扫描狭缝1. 00°，接收狭缝0. 3mm。

3结果与讨论

3. 1 OMMT的含置对吸水倍率的影响

考察了 GOg-PAA及OMMT含量不同的GG-g- PAA/OMMT在蒸馏水中的吸水倍率，结果见图1。

图1 OMMT的含量对吸水性树脂吸水倍率的影响 Fig 1 Effect of OMMT content on superabsorbent composites water absorbency 由图1可知，GOg-PAA的吸水倍率为299g/g; 与之相比，引人OMMT之后，GG-g-PAA/OMMT吸 水倍率的变化趋势是先随OMMT含量的增加而增 大，当OMMT含量增为5%时，吸水倍率达最大 454g/g，而当OMMT含量继续增加时，吸水倍率则呈 下降趋势。OMMT片层表面的一()H可与吸水性树 脂中的一OH、C=0发生作用，增加交联点，改善吸 水性树脂的三维网络结构，从而增加吸水倍率。另外， MMT经过有机化改性后，片层间距扩大，片层上的负 电荷减小，聚合物可以插层到MMT片层间，MMT片 层及其表面的有机基团可以阻止接枝链的相互缠绕， 削弱分子链上一COOH间氢键的相互作用，改善三维 网络结构，增加吸水倍率。然而，当OMMT含量> 5%时，吸水性树脂中OMMT上一OH交联点增多，三 维网络空间减小，溶胀能力变差，并且过量的OMMT 会以物理填充的方式进入吸水性树脂的三维网络中， 占据网络空间，影响聚合物的三维网络结构，从而使 OMMT 含量越高（〉5% 以后），GOg-PAA/OMMT 的吸水倍率越低。值得指出的是，当OMMT含量达 到20%时，GOg-PAA/OMMT的吸水倍率仍然可以 达到300g/g，与GG-g-PAA的相当，这对降低生产成 本是非常有利的。

3.2 MBA的浓度对吸水倍率的影响

OMMT含量为5%时，MBA的浓度对GOg- PAA/OMMT吸水倍率的影响见图2。MBA浓度< 3mmol/L时，聚合物分子不能有效地形成三维网络结 构，吸水倍率随MBA浓度的增加而升高；MBA浓度 >3mmol/L时，吸水倍率随MBA浓度的增加显著降 低。交联剂浓度太小，交联度低，树脂吸水后呈半水溶 性状态或部分成为水溶性树脂，导致测得的吸水倍率 低。交联剂浓度大，交联度高，三维网络空间小，树脂 吸水后的溶胀度受限，导致吸水倍率下降。从提高吸 水倍率的角度考虑，应在保证树脂不溶解的前提下，尽 可能地降低交联度。

Concentration of MBA/mmol L'1

图2 MBA的浓度对含5 % OMMT的GOg-PAA/

OMMT吸水倍率的影响

Fig 2 GG-g-PAA/OMMT(5%OMMT) water absorb¬ency with different concentration of MBA 3.3 OMMT的引入对反复溶胀性能的影响

反复溶胀性能是评价吸水性树脂实际应用性的一 项重要指标。本文对GOg-PAA和OMMT含量为 5%的GOg-PAA/OMMT的反复溶胀性能进行了测 定，实验结果如图3。由图3可以看出，随着反复溶胀 次数的增加，GG~g-PAA和OMMT含量为5%的GO g-PAA/OMMT的吸水倍率都下降，但GOg-PAA的 吸水倍率随着反复溶胀次数的增加降低更为迅速。经 过6次反复溶胀之后，GOg-PAA和OMMT含量为5 %的GG-K-PA A ()MMT的吸水倍率分別能保持仞 始时的25.56%、77. 23%,由此可见5%OMMT的引 入改禆了吸水忭树脂的反复溶胀性能。以i分析结米表明该纳米复介吸水性树脂rt冇较好的反a溶胀性能可以ffiS使川。