Page 108 - 《精细化工》2020年第8期

·1606· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

转变的过程，玻璃化转变温度（T g ）对材料的热性 导致吸水率增加；pH 为 5~6 时，大多数酰胺和羧基
能和工艺有直接的影响。采用差示扫描量热仪 均处于非离子化状态，羧基和酰胺之间以及酰胺和
（DSC）测定 PASP/PAA IPN 水凝胶的玻璃化转变 酰胺之间的氢键作用导致链结构几乎没有拉伸，相
温度，升温范围 40~300 ℃，升温速率 10 ℃/min， 互交织，卷曲成收缩状态，吸水率降低；当进一步
氮气保护，测试结果如图 5b 所示。可以看出，PASP/ 提高 pH 时，氢氧根离子浓度增加从而促进了羧基
PAA IPN 水凝胶的玻璃化转变温度为 131.8 ℃，此 的电离，此时体系中去质子化的羧基占据主导地位，
时不会出现吸热或者放热峰，但是基线会向吸热方 吸水倍率又一次增大 [20] ；当 pH>7 后，溶液中大量
+
向偏移。在 284.7 ℃出现一个较为尖锐的吸热峰， 存在的 Na 的电子屏蔽效应导致水凝胶的吸水倍率
此时的峰值温度即为 PASP/PAA IPN 水凝胶的黏流 迅速下降。
温度（T f ），表明材料具有良好的耐热性。 用茶袋法测定水凝胶在温度为 30~70 ℃的蒸
2.3 PASP/PAA IPN 水凝胶的 pH 敏感性和温度敏 馏水中 24 h 吸水率，结果图 6b 所示。可以看出，
感性 PASP 水凝胶和 PASP/PAA IPN 水凝胶吸水率随温度
用茶袋法测定水凝胶在 pH 为 3~8 的缓冲溶液 变化趋势相似，先随温度的升高而增大，50 ℃时吸
中 12 h 吸水率，结果如图 6a 所示。 水率达到最大，然后随温度的升高而急剧下降，且
PASP 水凝胶对温度的变化更加敏感。可能的原因是
温度较低时，羧基、酰亚胺基和酰胺基之间存在氢
键使得 PASP 和 PAA 聚合物链之间的相互作用力更
强，导致网络收缩，吸水率较低。随着温度升高，
这种氢键被削弱，并且聚合物链逐渐膨胀，吸水率
增加。当温度继续升高，PASP 分子链上的酰胺键和
酯键发生水解断裂，高分子链突然收缩，导致 IPN
的崩溃；另一方面，断裂收缩的 PASP 链也会使 PAA
链之间相互作用减弱，吸水率急剧降低 [21] 。在实际
应用于农林保水剂时，土壤温度一般不超过 50 ℃，
因此，高温下 PASP/PAA IPN 水凝胶吸水率降低对
其实际应用并无显著影响。
2.4 PASP/PAA IPN 水凝胶作为保水剂的应用
采用盆栽实验考察 PASP/PAA IPN 水凝胶和市
售 PAA 水凝胶对水芹菜生长情况的影响，种植方案
按表 2 执行，结果如图 7 所示。

图 6 PASP 和 PASP/PAA IPN 水凝胶的 pH 敏感性（a）
和温度敏感性（b）
Fig. 6 pH sensitivity (a) and temperature sensitivity (b) of
PASP and PASP/PAA IPN hydrogel

从图 6a 可以看出，PASP 和 PASP/PAA IPN 水
凝胶均表现出一定的 pH 敏感性。PASP 水凝胶 12 h
吸水率随 pH 增大缓慢增加；PASP/PAA IPN 水凝胶
的吸水率在 pH 为 5 和 7 左右分别达到峰值，此时，
PASP/PAA IPN 水凝胶的吸水率远高于 PASP 水凝
a—空白干旱胁迫；b—PAA 干旱胁迫；c—PASP/PAA IPN 干旱
胶。主要是由于 PASP/PAA IPN 水凝胶具有远多于 胁迫；d—空白正常浇水；e—PAA 正常浇水；f—PASP/PAA IPN
PASP 水凝胶的羧基，由于羧基的 pK a 为 4.28，pH< 正常浇水

4.28 后，羧基处于质子化状态，吸水率较低；当 图 7 芹菜种植 1 个月后的生长情况照片
pH>4.28 后，羧基被电离，网络中的渗透压增加， Fig. 7 Pictures of celery growth after 1 month