Page 96 - 《精细化工》2020年第4期

·730· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

2.2 凝胶吸水性能测定 由图 3 可知，在 pH 相同的条件下，两种水凝
2.2.1 凝胶在不同温度、pH 溶液中溶胀性能 胶在 25 ℃下溶胀性能相似，随着环境温度升高，
以不同交联剂制备的水凝胶在不同温度、不同 以 TAAB 为交联剂制备的凝胶在 75 及 125 ℃均保
pH 水溶液中的溶胀性能如图 3 所示。其中，图 3a 持了优异的耐水解（保水）性能，溶胀倍率与常温
以 TAAB 为交联剂，图 3b 中所用凝胶是以市售通用 下相比变化不大；以 NMBA 为交联剂制备的凝胶在
交联剂 NMBA 制备。 75 ℃部分水解，125 ℃完全水解。这主要是 TAAB

与 NMBA 化学结构不同所致，通用交联剂 NMBA
形成的交联键中含有酰胺键，酰胺键高温易水解，
凝胶网络结构被破坏，耐水解性能较差，TAAB 中
形成的交联化学键中不含易水解化学键，因此在高
温环境中，以 TAAB 为交联剂所制凝胶吸水后的网
络结构几乎不受影响，表现出优异的耐水解性能。
在 pH=7、125 ℃下，P(AA-AMPS)/SA 在水溶液中
的吸水倍率可达 350.4 g/g。
不同 pH 条件下凝胶结构变化机理如图 4 所示。
在温度相同的条件下，水凝胶在不同 pH 水溶液中
溶胀性能相差较大。在强酸性（pH=2）和强碱性
（pH=12）环境中吸水倍率明显低于中性环境。如
+ – –
图 4 所示，在强酸性条件下，H 与—COO 、—SO 3
结合转变成—COOH、—SO 3 H，减小了凝胶内部的
电荷斥力，且—COOH、—SO 3 H 基团间还可以形
成氢键，凝胶网络内部自由空间骤然缩小，吸水倍
率降低；随着 pH 的增加，凝胶主链上的—COOH、
—SO 3 H 主要以离子形式存在，凝胶网络链间相互排

a—TAAB; b—NMBA 斥，加上渗透压差，吸水倍率逐渐增大；在强碱性

图 3 不同交联剂制备的凝胶在不同 pH 溶液中的耐水解 条件下，凝胶主链上的酸性基团全部以离子形态存
性能 在，但由于外部溶液离子强度增加，导致凝胶网络
Fig. 3 Hydrolysis resistance of hydrogels prepared from [13-14]
different crosslinkers in various pH solutions 内外的渗透压大幅度减小，吸水倍率降低 。

图 4 不同 pH 条件下凝胶结构变化机理图
Fig. 4 Mechanism diagram of structure change of hydrogels in various pH solutions

2.2.2 凝胶吸水速率测定 一定的支撑骨架作用 [15] ，在凝胶制备过程中，网络
在其他聚合条件相同的情况下（反应温度为 内部会形成一定的空间，疏松的网络结构更有利于
60 ℃，AMPS、APS、TAAB 用量依次占 AA 质量 水分子的渗透和扩散，提高水凝胶的溶胀性能。
的 10%、0.08%、0.12%，AA 中和度为 80%），制备 两种凝胶在充分吸水溶胀后的 SEM 图如图 6
了 P(AA-AMPS)与 P(AA-AMPS)/SA 两种水凝胶， 所示。从图 6 可看出，加入 SA 后的水凝胶网络结
考察了 SA 对水凝胶溶胀性能的影响。如图 5 所示， 构更为宽松，较大的孔道有利于水分子及重金属离
与 P(AA-AMPS)凝胶相比，相同的时间范围内， 子的渗透，能进一步提高水凝胶的溶胀性能。
P(AA-AMPS)/SA 凝胶吸水倍率较高，吸水速率前期 两种凝胶的原子力显微镜图像如图 7 所示。由
稍快，但达到饱和吸水的时间几乎相同。加入适量 图 7 可知，加入 SA 后的凝胶表面高度分布明显大
的 SA 可提高水凝胶的溶胀性能，这是因为 SA 具有 于未加 SA 的 P(AA-AMPS)凝胶，说明聚合时引入