[論文レビュー] Preparation of a clay based superabsorbent polymer composite of copolymer poly(acrylate-co-acrylamide) with bentonite via microwave radiation

Hussam-Aldeen Kalaleh, Mohammad Tally+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2013

Hydrogels: synthesis, properties, applications参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、マイクロ波を用いた迅速な合成法によりベントナイト-ポリ(アクリル酸コポリマー)スーパーアブソーブント複合材料を合成し、水吸収能が1002 g/gに達した。この方法により、粘土とポリマーの相乗的相互作用によってゲル強度と熱安定性が向上し、純粋なコポリマーに比べて機械的および吸水特性が向上した。

ABSTRACT

In this paper we present a fast, new and easy method for the preparation of bentonite-g-poly(acrylate-co-acrylamide) composite material using microwave radiation. The composite has water absorptivity of 1002 g/g while the corresponding copolymer is tacky and has poor gel texture. The relative thermal stability of the composite in comparison with the copolymer was proved via thermogravimetric analysis These results indicate the synergistic effect of the bentonite with the copolymer by increasing water absorptivity and enhancing thermal and mechanical properties of the final gel. The composite was characterized by X-ray and FTIR. The influence of the environmental parameters on water absorptivity such as the pH and the ionic force was investigated

研究の動機と目的

• マイクロ波放射を用いた迅速かつ効率的なスーパーアブソーブントポリマー複合材料の合成法の開発。
• ベントナイト粘土を導入することで、ポリ(アクリル酸コポリマー)の機械的および熱安定性の向上。
• 純粋なコポリマーがぬるぬるしており構造が不安定であるのと比較して、水吸収能およびゲル強度の向上。
• pHおよびイオン強度が複合材料のふっくら化挙動に与える影響の調査。

提案手法

• アクリル酸とアクリルアミドをベントナイト粘土にイニシャルグリフトコポリマー化するために、マイクロ波放射をエネルギー源として用いた。
• 均一なクロスリンクおよびグリフト効率を確保するため、制御された条件下で反応を実施した。
• 複合材料の構造および機能基の同定に、X線回折(XRD)およびフーリエ変換赤外分光法(FTIR)を用いた。
• 熱重量分析(TGA)を用いて、純粋なコポリマーと比較して複合材料の熱安定性を評価した。
• 環境応答性を評価するため、pHおよびイオン強度を変化させた条件下でふっくら化容量を測定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロ波放射は、粘土をベースとするスーパーアブソーブント複合材料のより迅速かつ効率的な合成を可能にするか？
• RQ2 ベントナイト粘土の導入は、ポリ(アクリル酸コポリマー)の水吸収能およびゲル強度にどのように影響するか？
• RQ3 複合材料の熱安定性は、純粋なコポリマーと比較してどうか？
• RQ4 pHおよびイオン強度は、複合材料のふっくら化容量にどのように影響するか？
• RQ5 XRDおよびFTIRによって確認されるように、グリフト過程でどのような構造的および化学的変化が生じるか？

主な発見

• 複合材料は水吸収能が1002 g/gに達し、ぬるぬるとしており構造が不安定な純粋なコポリマーを著しく上回った。
• 熱重量分析により、純粋なコポリマーと比較して、複合材料の熱安定性が向上していることが確認された。
• XRDおよびFTIR分析により、コポリマーがベントナイト粘土構造に正常にグリフトされていることが確認された。
• ベントナイトとポリマーネットワークの相乗的相互作用により、複合材料は機械的特性が向上した。
• pHおよびイオン強度に応じたふっくら化容量の変化から、環境応答性が示された。