丙烯酸酯系吸油树脂的制备与性能研究
2021-06-11裴泽豪朱姿颖
裴泽豪，朱姿颖，苟 洋，孙 喆，陆 钰，李 佳
(哈尔滨理工大学 化工学院，哈尔滨 150080)
高吸油树脂是以亲油性单体作为基本单元构成的具有低交联度的聚合物，其内部具有三维网络结构[1,2]。当高吸油树脂浸泡在油品中时，会在溶剂化作用下发生溶胀，油分子进入大分子网络中，被包裹住难以流出，因此油分子被保留在树脂的网络结构中。高吸油树脂主要利用树脂分子上的亲油基链段与油分子之间产生的范德华力来产生吸油性能，其原理与高吸水树脂的吸水机理类似，但是高吸水树脂除了有范德华力外，还有较强的氢键作用[3,4]。丙烯酸酯系吸油树脂来源广泛，价格低廉，因此受到研究者的青睐[5-11]。针对目前吸油树脂吸油倍率低、保油性能差、可重复使用次数少等问题，通过热聚合方法，分别对聚甲基丙烯酸丁酯和聚甲基丙烯酸异辛酯进行制备和性能研究。
1 实验部分
1.1 实验药品
研究用主要药品如表1所示。
表1 主要实验药品Tab.1 Main experiment pharmaceuricals
1.2 实验过程
将预先配置好的甲基丙烯酸丁酯(甲基丙烯酸异辛酯)、AIBN、MBA的混合液放入直径为6×9 mm、长为25 cm一端封口的玻璃管中，将玻璃管另外一端连接在循环水式真空泵上抽真空一段时间，直至管内不再有气泡产生。将连接在循环水式真空泵上的玻璃管的一端置于酒精喷灯上进行封口处理，制成真空封闭的玻璃管。将密封好的玻璃管放入不同温度下的烘箱中聚合24 h，最终得到聚甲基丙烯酸异丁酯(聚甲基丙烯酸异辛酯)。
1.3 测试方法
准确称取待测材料，质量记为Wa1，室温下浸泡到足量的待测油品中，24 h后取出，让其自然流淌5 min，称取吸油后的材料质量Wa2。每个样品测3次，计算材料的吸油率K (g·g-1)。
K=(Wa2-Wa1)/Wa1
2 结果与讨论
图1和图2分别是当AIBN添加量不同时，聚甲基丙烯酸丁酯与聚甲基丙烯酸异辛酯对煤油和四氯化碳的吸油率变化曲线。由图1和2可以看出，随着AIBN量的增加，聚甲基丙烯酸异辛酯的吸油率起初随之增加，这是因为随着引发剂的含量增加，反应速率变快，体系中的聚合物数量增加，使得吸油率也随之升高。之后，AIBN量增加，聚甲基丙烯酸异辛酯的吸油率则缓慢下降，这是由于引发剂含量增加，聚合度下降，吸油能力也随之下降，而聚甲基丙烯酸丁酯随着AIBN量的增加，其吸油率变化并不明显。在测试条件下，对于煤油的吸油效果聚甲基丙烯酸异辛酯均优于聚甲基丙烯酸丁酯，可见含有长链碳原子的丙烯酸树脂对煤油和四氯化碳的吸附性能更好。
图1 AIBN的添加量对煤油中吸油率的影响Fig.1 Influence of the additive amounts of AIBN on the oil absorption of kerosene
图2 AIBN的添加量对四氯化碳中吸油率的影响Fig.2 Influence of the additive amounts of AIBN on the oil absorption of carbon tetrachloride
图3和图4分别为MBA添加量不同时，聚甲基丙烯酸丁酯与聚甲基丙烯酸异辛酯对煤油和四氯化碳的吸油率变化曲线。由图3可以看出，随着MBA量的增加，聚甲基丙烯酸异辛酯的吸油率起初随之增加，当MBA为0.25wt%时，吸油率达到最大值4.93 g·g-1，而聚甲基丙烯酸丁酯随着MBA量的增加，其吸油率变化并不明显。
图3 MBA的添加量对煤油中吸油率的影响Fig.3 Influence of the additive amounts of MBA on the oil absorption of kerosene
由图4可以看出，聚甲基丙烯酸丁酯在不同MBA含量时，其吸油率整体变化不明显，而聚甲基丙烯酸异辛酯的吸油率则随着MBA的增加而下降，这是因为交联剂的量过多时，树脂的刚性变大，树脂的空间网络结构伸展被抑制，使得树脂能容纳的油量下降。
图4 MBA的添加量对四氯化碳中吸油率的影响Fig.4 Influence of the additive amounts of MBA on the oil absorption of carbon tetrachloride
在测试条件下，对煤油和四氯化碳的吸油效果聚甲基丙烯酸异辛酯均优于聚甲基丙烯酸丁酯。
图5和图6是聚甲基丙烯酸丁酯与聚甲基丙烯酸异辛酯以温度为变量时分别对煤油和四氯化碳的吸油率变化曲线。由图可以看出，随着温度的提高，甲基丙烯酸异辛酯的吸油率起初明显增加，随之增大趋势变缓，这是因为起初随着温度升高，聚合速率加快，体系里聚合物含量增加，吸油率也明显增大，后期随着温度升高，对聚合产物结构影响不大，因此其吸油率变化也不明显。
图5 温度对煤油中吸油率的影响Fig.5 Influence of temperature on the oil absorption of kerosene
图6 温度对四氯化碳中吸油率的影响Fig.6 Influence of temperature on oil absorption of carbon tetrachloride
在测试条件下，对于煤油和四氯化碳的吸油效果，甲基丙烯酸异辛酯均优于甲基丙烯酸丁酯。
3 结论
采用热聚合方法，在不同条件(引发剂含量、交联剂含量和反应温度)下分别制备了聚甲基丙烯酸丁酯和聚甲基丙烯酸异辛酯为单体，并测试了产品的吸油能力。测试结果表明，对于煤油和四氯化碳的吸附能力，聚甲基丙烯酸异辛酯均优于聚甲基丙烯酸丁酯。
