Page 110 - 201904

·636· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

从图 5a 中可以看出，GA 是由大小不一的圆形
球体或块状的颗粒组成，颗粒尺寸大小不等，颗粒
表面或饱满或有凹陷。图 5b 中，ST 是由无数细丝
针状聚在一起排成片状，细丝长短不一、粗细不一，
颜色呈灰白。把 GA 和 ST 引入到复合水凝胶后，水
凝胶表面形貌如图 5c 所示，水凝胶表面是由凹凸不
平、深浅不一的网状凹槽组成，有些地方有皱褶或
孔洞，这样的结构有利于水分子的进入。从图 5d 可
以看出，水凝胶进一步放大后，其断面呈典型的蜂

图 4 GA-g-PAA/ST, GA-g-PAA 和 GA 的 TG 曲线 窝状形状，孔径较小且相互贯通，形成标准的三维
Fig. 4 TG curves of GA-g-PAA/ST, GA-g-PAA and GA 网状的分子链状结构。水凝胶孔径上略显发白细条
应是参与反应的 ST，在水凝胶中没有 GA 的球状颗
由图4可以看出，GA和GA-g-PAA、GA-g-PAA/ST
粒出现。SEM 表明，GA 和 ST 都参与了接枝共聚反
水凝胶的热失重曲线的走向大致相同，都可以分为
应，成为水凝胶的高分子链的骨架，形成了交联聚
3 个阶段。对于图 4 中 GA 曲线，250 ℃之前为第一
合物，这和 FTIR 及 XRD 分析结果基本一致。
阶段失重区，主要由分子中自由水和部分结合水的
2.5 盐溶液浓度对水凝胶吸水倍率的影响
脱出引起，250~350 ℃是第二失重区，主要是 GA
水凝胶在 NaCl、BaCl 2 、AlCl 3 盐溶液中的吸水
中糖环脱水引起，350 ℃以后为第三失重区，主要
倍率与溶液浓度的关系如图 6 所示。
由高分子链骨架的分解引起。图 4 GA-g-PAA/ST、
GA-g-PAA 曲线中，GA-g-PAA、GA-g-PAA/ST 失重
温度范围大致相同，220 ℃之前为第一阶段失重区，
主要由分子中自由水和部分结合水的脱出引起，
220~500 ℃是第二失重区，主要是聚合物链断裂分
解引起，500 ℃以后为第三失重区，主要是交联网
络结构断裂引起。GA 的失重率明显大于水凝胶的失
重率，而两种水凝胶的失重率大致相当。到加热温度
600 ℃后，GA、GA-g-PAA 和 GA-g-PAA/ST 的残重
率分别为 22%、51%和 58%，这说明添加 ST 可以提

高水凝胶的热稳定性能，这是因为 ST 在水凝胶结 图 6 盐溶液对水凝胶吸水倍率的影响
构中起到了热屏蔽的作用，延迟了热氧化产物中气 Fig. 6 Effect of salt solution on the absorbency

体的扩散和从水凝胶中的挥发 [20] 。 从图 6 可以看出，水凝胶的吸水倍率随着各种
2.4 SEM 分析 价态盐溶液浓度的增大而减小，同时水凝胶在不同
GA、ST 和冷冻干燥后 GA-g-PAA/ST 复合水凝 价态盐溶液中的吸水倍率差别很大，在相同浓度下，
胶的 SEM 见图 5。 水凝胶的吸水倍率大小依次为 NaCl>BaCl 2 >AlCl 3 。
这是因为水凝胶聚合物链内外部溶液之间的渗透压

差会随着外界盐溶液浓度的增加而减小，从而导致
吸水倍率逐渐减小。对于高价态金属离子，一方面
价态越高，产生的电荷屏蔽效应就越强，另一方面，
高价金属离子易与聚合物链内阴离子发生络合作
用，形成络合物使得凝胶网络越难溶胀展开，这两
个原因导致凝胶在 BaCl 2 和 AlCl 3 中的吸水能力急剧

下降。在盐浓度为 20 mmol/L 时，凝胶在 NaCl、BaCl 2
和 AlCl 3 中的吸水倍率分别为 112、38 和 29 g/g，凝
胶在 BaCl 2 和 AlCl 3 的吸水倍率很接近，这说明 BaCl 2
在凝胶中有很大的络合作用。

图 5 GA（a），ST（b），GA-g-PAA/ST（c,d）的 SEM 图 2.6 表面活性剂溶液对水凝胶吸水倍率的影响
Fig. 5 SEM images of GA (a), ST (b), GA-g-PAA/ST (c,d) 表面活性剂 SDS 和 CTAB 溶液浓度对水凝胶吸