由聚丙烯腈制备高吸水性聚合物的方法

本发明属于有机高分子化合物制备领域。

制备高吸水性聚合物的技术已有许多报道，如美国专利4·045387和4、204、983介绍了由淀粉-聚丙烯腈接枝共聚物和由甲醛交联的淀粉-聚丙烯腈接枝共聚物加碱皂化制得高吸水性聚合物。由这些方法制备的高吸水性聚合物可用于农林业做吸水保墒剂、土壤改良剂、种子包衣、工业废水处理凝絮剂、油田钻井的降失水剂以及含水体系的增稠剂等。虽然由上述方法制备的聚合物吸水倍数高达1000至3000倍，但由于采用了接枝共聚工艺，需用稀土元素四价铈盐作引发剂，生产成本高，难以推广。再则，在产物中引入了淀粉类物质，在使用中由于生物酶作用易发生生物降解现象，作用周期受到限制。

本发明的目的是提供一种比以往技术更为简单的制备高吸水性聚合物的方法。聚丙烯腈不接枝到其他基质上，而直接经过皂化、交联、离析制得可吸收自身重量400～800倍蒸餾水的高吸水性聚合物。实验证明，聚丙烯腈加碱皂化产物可用硫酸铝（AL₂（SO₄）₃·18H₂O）、明矾（KAL（SO₄）₂·12H₂O）等三价可溶性铝盐进行交联，皂化产物在离析以前与交联剂发生交联，交联反应时间为20分钟至1小时，反应温度为85℃～95℃。所用聚丙烯腈是化纤生产中的聚丙烯腈树脂、腈纶丝、或者纯粹腈纶织品的回收物。

聚丙烯腈与硫酸铝的重量比为1∶1.5至5∶1，与明矾的重量 比为1∶2至4∶1。交联剂用量超出范围的产物，虽然性能程度上有差别，但也表现出本发明要求的性质。

聚丙烯腈的皂化是在碱金属氢氧化物的水溶液中进行，但以氢氧化钠和氢氧化钾为佳。碱与聚丙烯腈的丙烯腈重复单元的摩尔比在0.1∶1至1∶1范围内均可发生皂化反应，但以0.1∶1至0.3∶1为佳。在常压下，皂化反应温度为80℃～100℃，时间约为1.5小时至4小时。若在受压容器中进行，可采用较高的温度。

中和时可用醋酸，也可用盐酸、硫酸。

皂化、交联后的产物可采用溶剂沉析的方法离析，但已有技术所介绍的一些离析方法也是可以采用的，如：喷雾干燥、冷冻干燥、滚筒干燥等。沉析所采用的溶剂可以是乙醇，也可采用甲醇、丙酮。

最终产物地粒度经过加工是可变的，增加产物的粒度可以提高它的吸水速度。

本发明制备产物的吸水倍数是用以下方法测量的：

取0.1克产物放入250毫升的量筒中，加入250毫升蒸镏水，令其静置24小时，以记录下的在量筒中冻胶顶部刻度再乘以因子10而测得。在冻胶顶部界面不清晰的情况下，投入一片与量筒口径大小相仿的滤纸，将有助于出冻胶顶部的界面。

与美国专利4、045、387和4、204、983报道以四价铈盐作引发剂的工艺相比较，本发明的优越之处在于：

A    工艺流程简单，物料消耗低，生产的原料成本可降低30～50%。

B    以聚丙烯腈为原料克服了以丙烯腈为原料制备产物所造成的三废污染。由于可以利用腈纶制品回收物作原料，为生产提供了 廉价丰富的原料来源。

C    虽然产物的吸水性能有所下降，但产物中不含有淀粉类物质，在一定程度上克服了生物降解现象，延长了产品的使用周期。

以下各实例仅仅是为了进一步解释本发明，而不是限制条款所规定的发明的范围。

实例一

在一只500毫升的三口烧瓶中装入5克腈纶丝、100毫升蒸餾水、6克氢氧化钠，在85℃水浴下加热，间歇搅拌，到溶液为浅黄为止，时间约2.5小时～3小时，然后趁热加入2.5克硫酸铝，搅拌5分钟，冷却，以醋酸调节溶液的PH至6，加热，在90℃条件下反应30分钟。冷却后以乙醇沉析、洗涤，在80℃的烘箱内烘干12小时，产物8.5克，吸水倍数为510倍。

实例二

采用实例一的步骤，以2.5克明矾代替硫酸铝作交联剂，制得产物重8.4克，吸水倍数为800倍。

实例三

采用实例二的步骤，以自来水代替蒸餾水，制得产物重8.7克，吸水倍数为720倍。

实例四

采用实例二的步骤，取5克洗涤干燥后的废弃膨体纱（睛纶织品）代替睛纶丝，制得产物重8.9克，吸水倍数400倍。

应当说明，通过以上实例所做的详尽描述，在不违背本发明的要求和范围内，可以做一些修改和变动。