全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 032222203
用辐射甘蔗渣接枝法制备高吸水剂初探
吕鸣群1 　陈晓宇2 　王殿君1 　唐贻兰1
(11 广西大学辐照中心 , 广西 南宁　530005 ;21 广西大学化学化工学院 , 广西 南宁　530004)
摘　要 :利用60 Coγ射线辐照引发甘蔗渣与丙烯酸钠的接枝聚合反应制备高吸水剂 ,研究丙烯酸与蔗渣
的不同配比、辐照剂量等因素对辐射接枝聚合产物吸水率的影响。结果表明 : 辐射剂量为 210kGy ,丙烯
酸与蔗渣的比例 (VΠW)为 2∶1 时 ,产物达到其最大的吸水倍数 ,吸自来水可达干重的 220 倍 ,吸去离子
水可达干重的 798 倍。
关键词 :辐照 ; 吸水剂 ;甘蔗渣 ;丙烯酸钠
PREPARATION OF HIGH WATER ABSORBENT THROUGH BAGASSE GRAFT BY RADIATION
LU Ming2qun1 , CHEN Xiao2yu2 , WANG dian2jun1 , TANG yi2lan1
(11 Radiation Center , Guangxi University , Nanning , Guangxi 　530005 ;
21 College of Chemistry & Chemical Engineering , Guangxi University , Nanning , Guangxi 　530004)
Abstract :Bagasse and sodium acrylate were irradiated by 60 Coγ2rays to induce graft polymerization reaction , and used to
prepare the high water absorbent . The effect of different reactant ratio and irradiation dosage on water absorption performance is
studied. The results indicated that bagasse graft poly ( sodium acrylate) has relatively high capacity of water absorption when
radiation dosage reached 210 kGy , and the ratio of sodium acrylate and bagasse is 2∶11 The prepared product can absorb 220g
of tap water and 798g of deionized water per gram , respectively.
Key words :radiation ; water absorbent ; bagasse ; sodium acrylate
收稿日期 :2005210220
作者简介 :吕鸣群 (19542) ,男 ,广西陆川人 ,助理研究员 ,主要从事辐射加工研究。Tel : 0771 3235601 ; Email :lyb80991048 @tom. com　　高分子吸水剂是近年来发展起来的新型高分子功能材料 ,其显著特点是可吸收较自重多几百倍甚至几千倍的纯水 ,被广泛地应用于卫生用品、农林园艺、沙漠改良、化学工业、建筑工程、食品保鲜、食品保洁等领域[1 ] ,超强吸水剂还可用作废水处理絮凝剂、防火用胶等。高吸水材料分成淀粉类、合成聚合物类和纤维素类 3 大类[2 ] 。合成聚合物类目前主要有 3 种类型[3 ] :(1)聚丙烯酸盐类 ,是目前生产量最大的 ; (2) 醋酸乙烯酯共聚物 ,一般是将醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯进行共聚 ,然后经碱液水解后制得高吸水树脂 ; (3) 改性聚乙烯醇类 ,由聚乙烯醇与环状羧酸酐反应而得。纤维素类高吸水材料是用纤维素或其衍生物与丙烯腈、丙烯酸酯等单体接 1 枝聚合后经碱液水解而得。上述吸水材料都存在着价格较高、合成工艺比较复杂的问题。甘蔗是中国华南等地区的一大资源优势。甘蔗渣 是制糖工业的主要副产品 ,来源丰富 ,价格低廉 ,其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素[4 ,5 ] 。有文献报道采用甘蔗渣粗纤维纸浆来直接制备高吸水材料[6 ] ,先将甘蔗渣粗纤维制成纸浆 ,再进行化学反应制成高吸水材料。我们将甘蔗渣置于60 Coγ射线辐射下 ,与丙烯酸盐类接枝聚合 ,通过调节辐射剂量及原料配比 ,得到不同吸水倍数的高吸水性高分子聚合物。与化学法相比 ,本方法具有操作简便、接枝效率高、无污染物排出、成本低、不含对植物有害物质等优点 ,在生产实践中有重要的意义。1 　材料和方法111 　材料和仪器
222　 核 农 学 报　2006 ,20 (3) :222～224Journal of Nuclear Agricultural Sciences
丙烯酸 (化学纯 上海五联化工厂) 、NaOH(分析纯
汕头市光华化学厂) ,干燥的甘蔗渣纤维 (南宁糖纸厂
提供) ,9125 ×1014次 Bq 的点状辐射源 (广西大学辐照
中心) ,Nicolet 5DXB Upgrade 型傅立叶变换红外光谱
仪 , FW280 型微型高速万能试样粉碎机。
112 　辐照聚合反应
甘蔗渣经粉碎机粉碎。取丙烯酸 ,放入烧杯中用
NaOH中和 ,加入去离子水混合均匀 ,配制丙烯酸钠溶
液 50ml ,放入容器中。把 5g 干燥粉碎好的甘蔗渣加入
该容器中 ,浸泡 10min。向该容器充入氮气 2min 后密
封。用60 Coγ射线辐照 ,得到辐射接枝聚合产物 ,该产
物烘干粉碎即成一种高吸水性材料。
113 　吸水倍数的测定
称取干燥粉碎后的聚合物 1g ,放入 1000ml 烧杯
中 ,加入 1000ml 自来水或去离子水 , 静置 5h , 用
01154mm(100 目)尼龙筛网滤去多余的水 ,按下式计算
接枝聚合物的吸水倍数 :
吸水倍数 = [ (m加入水 - m滤出水 )Πm聚合物 ] ×100 %
114 　红外光谱测定
取干燥粉碎后的聚合物粉末与干燥的 KBr 一起压
片 ,在 Nicolet 傅立叶变换红外光谱仪上扫描。
2 　结果与讨论
211 　丙烯酸与甘蔗渣的配比对聚合物吸水性的影响
取不同配比的丙烯酸与甘蔗渣 ,丙烯酸用 NaOH
中和 ,中和度定义为与 NaOH 反应的丙烯酸的摩尔数
与丙烯酸总摩尔数之比。辐照剂量为 210KGy ,在氮气
环境下进行辐射接枝聚合 ,产物干燥粉碎后进行吸水
倍数测定 ,结果如图 1 所示。
当丙烯酸与甘蔗渣比例 (VΠW) 为 1∶1 时 ,产物对
自来水的吸水倍数为 5 ,对去离子水的吸水倍数为 8。
随着丙烯酸比例的增大 ,吸水率也随之增大 ,当比例为
2∶1 时 ,产物吸水率达到最大值 ,对自来水的吸水倍数
为 220 ,对去离子水的吸水倍数为 798。当丙烯酸比例
过大时 ,吸水率逐渐减小。接枝产物对去离子水的吸
水倍数远大于对自来水的吸水倍数。这是因为在水溶
液中 ,接枝聚合物中的2COONa 基团电离出大量 Na + 阳
离子 ,聚阴离子相互之间存在静电斥力 ,引起了聚合物
链的伸展并最终导致了整个网状结构在空间的扩张 ,
高分子网络内和外部水间产生了离子浓度差 ,从而产
生了内外的渗透压 ,在渗透压的作用下 ,水分子向高分
子网络中渗透 ,使聚合物具有吸水能力。当丙烯酸与
甘蔗渣比例过小时 ,形成的接枝聚合物网络松散 ,吸水
倍数不高。比例为 2∶1 时形成的聚合物网络大小适
中 ,达到最大的吸水倍数[7 ] 。自来水因含有较多的离
子 ,所以吸水倍数小。
图 1 　不同丙烯酸与甘蔗渣比例的产物的吸水倍数
Fig. 1 　Deionized water of different acrylic acid : bagasse
辐照剂量 210kGy ,甘蔗渣 5g ,中和度为 85 %
radiation dose 210kGy , bagasse 5g , neutralization
degree 85 %
212 　辐射剂量对吸水倍数的影响
丙烯酸 10ml ,水 40ml ,中和度为 85 % ,甘蔗渣 5g ,
在氮气环境下进行不同剂量的辐射聚合 ,产物干燥粉
碎后进行去离子水的吸水倍数测定 ,结果如图 2 所示。
图 2 　不同辐射剂量下产物对去离子水及
自来水的吸水倍数
Fig. 2 　Deionized water under different radiation dose
丙烯酸 10ml ,去离子水 40ml ,中和度为 85 % ,甘蔗渣 5g
acrylic acid 10ml , deionized water 40ml ,neutralization
degree 85 % ,bagasse 5g
从图 2 中可以看出 ,随辐照剂量的增加 ,吸水倍数
逐渐增大 ,210kGy 时达到最大值 ,此后减小 ,接枝产物
对去离子水的吸水倍数远大于对自来水的吸水倍数。
这可能因为辐照剂量与接枝度关系很大 ,当辐照剂量
小时 ,接枝度小 ,形成的聚合物网络松散 ,故吸水倍数
不高。但辐照剂量太大时 ,形成的接枝点太多 ,网络空
隙小 ,吸水倍数也不高。只有辐照剂量合适时 ,吸水倍
322　3 期 用辐射甘蔗渣接枝法制备高吸水剂初探
数才达到最大值。
213 　聚合物的结构表征
制备的聚合物红外光谱如图 3 ,图 3 中 3401cm- 1
附近的宽峰为聚丙烯酸中未中和的羧基2COOH 中的2OH的伸缩振动及甘蔗渣中2OH 的伸缩振动 ,图 4 中 ,
1568cm - 1 ,1454cm - 1为2COONa中的羰基 (2C = O)的伸缩
振动峰 ,1410cm - 1 为2COOH 中的羟基2OH 的弯曲振动
峰[8 ,9 ] ,1057cm - 1为甘蔗渣中纤维素中 C2O2C 的伸缩振
动峰。产物的红外光谱图中既有甘蔗渣的红外特征吸
收峰 ,也有聚丙烯酸钠的红外特征吸收峰。
图 3 　聚丙烯酸钠 ,甘蔗渣及接枝聚合物的红外图谱
Fig. 3 　IR spectrum of poly sodium acrylic acid (1) ,
bagasse (3) and grafted polymer (2)
3 　结论
在60 Coγ射线辐射下 ,丙烯酸钠接枝到甘蔗渣上。
　　　
用 IR 表征了产物结构。实验结果表明 ,该产物有较高
的吸水率 ,其最大吸水倍数 ,吸自来水可达干重的 220
倍 ,吸去离子水可达干重的 798 倍。接枝聚合产物随
甘蔗渣与丙烯酸的比例及辐射剂量的变化而有不同的
吸水倍数 ,可根据需要调整生产条件得到不同吸水倍
数的吸水材料。
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