[论文解读] 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 9

一句话总结

本研究提出了一种快速的微波辅助法合成膨润土-聚（丙烯酸酯-共-丙烯酰胺）高吸水性复合材料，其水吸收能力达1002 g/g。该方法通过黏土与聚合物之间的协同相互作用，增强了凝胶强度和热稳定性，相较于纯共聚物，表现出更优的机械性能和吸水性能。

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

研究动机与目标

• 开发一种利用微波辐射快速高效合成高吸水性聚合物复合材料的方法。
• 通过引入膨润土黏土，提高聚（丙烯酸酯-共-丙烯酰胺）的机械性能和热稳定性。
• 与纯共聚物相比，提升水吸收能力和凝胶强度，后者具有黏性且结构较差。
• 研究pH值和离子强度对复合材料溶胀行为的影响。

提出的方法

• 采用微波辐射作为能量源，实现丙烯酸酯和丙烯酰胺在膨润土黏土上的原位接枝共聚反应。
• 在受控条件下进行反应，以确保交联均匀和接枝效率。
• 采用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对复合材料的结构和官能团进行表征。
• 采用热重分析（TGA）评估复合材料相对于纯共聚物的热稳定性。
• 在不同pH值和离子强度条件下测量溶胀能力，以评估其环境响应性。

实验结果

研究问题

• RQ1 微波辐射能否实现更快、更高效的黏土基高吸水性复合材料的合成？
• RQ2 膨润土黏土的引入如何影响聚（丙烯酸酯-共-丙烯酰胺）的水吸收能力和凝胶强度？
• RQ3 与纯共聚物相比，该复合材料的热稳定性如何？
• RQ4 pH值和离子强度如何影响复合材料的溶胀能力？
• RQ5 通过XRD和FTIR确认，接枝过程中发生了哪些结构和化学变化？

主要发现

• 复合材料的水吸收能力达到1002 g/g，显著优于具有黏性且结构较差的纯共聚物。
• 热重分析证实，与纯共聚物相比，复合材料的热稳定性得到增强。
• XRD和FTIR分析证实，共聚物已成功接枝到膨润土黏土结构上。
• 由于膨润土与聚合物网络之间的协同作用，复合材料表现出更优的机械性能。
• 溶胀能力对pH值和离子强度敏感，表明其具有环境响应性。