目前，由于高吸水性树脂作为功能材料的应用越来越广泛，对它性能的要 求也越来越多。通过理解吸水树脂组成结构、吸水结构和形态，进一步研究它 的吸水性能，以便广泛开展其应用。本章用红外光谱(IR)、DSC、DTA分别对 改性瓜尔胶高吸水性树脂结构和热性能进行了表征与测定，探讨了改性瓜尔胶 高吸水性树脂的保水性能、吸液速率及重复吸水能力等。

　　

　　4.2分析与测定方法 4.2.1红外光谱（FT-IR)

　　

　　称取少量干燥的样品约1.5mg，置于玛瑙研鉢内研磨5?lOmin，再与150mg 左右干燥的溴化钾粉末充分混合，继续研磨2?将研磨后的混合物粉末 倒在压膜器中，压膜制片，取出样品薄片，放入样品架上，置于红外光谱仪上 扫描，得红外光谱图。波数范围400?4000cm-l，扫描次数10次。

　　

　　4.2.2差示扫描量热(DSC)

　　

　　以DSC Q20 V24.4 Build 116差示扫描量热分析仪对改性瓜尔胶高吸水性 树脂进行分析，测试条件：改性瓜尔胶高吸水性树脂质量为3.0~5.5mg，置于 密闭铝盒中，升温速率l〇°C/min，温度范围10?200°C，氮气流速50.0mL/min。

　　

　　4.2.3热失重(TGA)

　　

　　以TGA Q50 V20.10 Build 36热重分析仪对改性瓜尔胶高吸水性树脂进行 分析，测试条件：改性瓜尔胶高吸水性树脂质量为15?16mg，置于密闭铝盒中， 升温速率10°C/min，温度范围10~900°C，氮气流速50.0mL/min。

　　

　　4.2.4吸水速率称取六份〇。5g绝干样品，分别放入六杯装有适量蒸馏水的烧杯中，每隔 3min取出一份测其质量，按3.2.6分别计算树脂的吸水倍率，作出树脂的吸水 速率曲线。单位时间内树脂吸水率越高，则吸水速率越快。

　　

　　4.2.5重复吸液能力将0.5g绝干样品放入蒸馏水中，吸水达到饱和后放在蒸发皿里，在60°C 下干燥后放入蒸馏水中至饱和，再在60°C下干燥，按3.2.6分别计算树脂的吸 水率，重复试验6次。

　　

　　4.2.6温室及高温条件下保水性能将两份〇。5g绝干样品放入蒸馏水中，吸水达到饱和后分别放在蒸发皿里， 在室温下(约25°C)及50°C干燥箱中每隔12h称重，记录树脂蒸发后的重量，计 算保水率。

　　

　　M -MR=^^ X 100%(4.1)

　　

　　Mi式中R—保水率，％;吸水达到饱和的树脂重量，g;Mi一树脂失水后重量，g。

　　

　　4.2.7不同温度蒸馏水的吸水率将六份〇。5g绝干样品分别放入25°C、40°C、55°C、70°C、85°C、100°C蒸 馏水中，吸水达到饱和后，按3.2.6分别计算改性瓜尔胶高吸水性树脂的吸水率。

　　

　　4.3实验结果与讨论 4.3.1差示扫描量热(DSC)

　　

　　(1)交联瓜尔胶DSC瓜尔胶和交联瓜尔胶的DSC曲线如图4.1所示。交联1号和交联2号样品 的沉降积分别为1.35mL、1.65mL (以下均同)。

　　

　　瓜尔胶 交联1 V ’交联2号01122334--------Ms/咖痗菝20406080100 120 140 160 180 200温度/°C图4.1瓜尔胶和交联瓜尔胶的DSC曲线 Fig.4.1 DSC curve of guar gum and modified guar gum由图4.1可以看出，交联瓜尔胶与瓜尔胶相比，两者的变化规律大致相同，说 明经交联后的瓜尔胶仍保持原粉的微晶结构，但交联瓜尔胶的吸收峰的峰值温度均 有所上升。可解释为：加入交联剂环氧氯丙烷后，瓜尔胶间所形成的交联键强度远 高于氢键，使得其颗粒结构的强度增强，热稳定性增加。交联度越大则分子间相连 的越牢固。经交联后，瓜尔胶吸收峰的起始温度（T。)、峰值温度（Tp)、结束温度 (Te)以及焓值（A//)均发生了变化。原瓜尔胶和交联瓜尔胶吸收峰的起始温度、 峰值温度、结束温度以及焓值如表3所示。

　　

　　表4.1起始温度、峰值温度、结束温度以及焓值 Table.4.1 Onset temperature, peak temperature, end temperature andenthalpy change样品种类TJ°CT/CTe/°CAH /J*g_l瓜尔胶44. II96.28166.9159.4交联I号45.33106.92173.52111 A交联2号46.38102.26167.42179.6由表4.1可见，交联提高了瓜尔胶的起始温度、峰值温度、结束温度和焓值， 平均升高幅度分别为3.96%、8.3%、2.14%、10.1%。交联对焓值的影响程度最大， 对结束温度影响最小。

　　

　　(2)改性瓜尔胶高吸水性树脂DSC改性瓜尔胶高吸水性树脂的DSC曲线如图4.2所示。

　　

　　020 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220温度AC图4.2改性瓜尔胶高吸水性树脂的DSC曲线 Fig.4.2 DSC curve of of the super absorbent resin of modified guar gum由图4.2可以看出，改性瓜尔胶高吸水性树脂的DSC曲线与图4.1中交联瓜尔 胶及瓜尔胶的DSC相比，三者的变化规律基本相同，但改性瓜尔胶高吸水性树脂吸 收峰的起始温度(T。)、峰值温度(Tp)、结束温度(Te)均有所上升，且上升幅度较大， 而焓值(A//)下降。可解释为：由于参加反应的交联瓜尔胶分子链是通过N，N’ - 亚甲基双丙烯酰胺的两个不饱双键交联到一起的，其交联键强度很大，使得高 吸水性树脂颗粒结构的强度增强，热稳定性增加。其中，起始温度(T。)为47.79°C、 峰值温度(Tp)为142.92°C、结束温度(Te)为196.75°C，升高幅度分别为4.22%、36.65%、 15.42%，焓值(A/7)为 56.27 J.g' 下降幅度为 67.93%。

　　

　　4.3.2 热失重(TGA)

　　

　　(1)改性瓜尔胶TGA瓜尔胶和改性瓜尔胶的TGA曲线如图4.2所示，DTA曲线如图4.3所示。

　　

　　交联1号 交联2号 瓜尔胶6420864200i— i- il i—3S/02004006008001000温度/°c图4.3原瓜尔胶和改性瓜尔胶的TGA曲线 Fig.4.3 TGA curve of guar gum and modified guar gum由图4.3可以看出，三个样品在受热时都有明显的失重过程，原瓜尔胶在 237~339°C之间出现一个明显的失重台阶，而1、2号改性瓜尔胶分别在229~325°C、 215~329°C之间出现失重平台，说明了随着交联度的提高，瓜尔胶的分解温度逐渐 升高，耐热性能也逐渐增强。

　　

　　图4.4原瓜尔胶和改性瓜尔胶的DTA曲线 Fig.4.4 DTA curves of guar gum and modified guar gum由图4.4可以看出，原瓜尔胶的DTA曲线在237?339°C之间出现一个吸热峰， 而TGA曲线在237~339°C之间也出现一个明显的失重台阶，这是由于样品熔融并且 分解所致。1、2号样的DTA曲线吸热峰明显上移，且峰高明显降低，表明随着交 联度的提高，改性瓜尔胶耐热性能逐渐增强，这与热失重的检测结果相符。

　　

　　(2)改性瓜尔胶高吸水性树脂TGA-DTA改性瓜尔胶高吸水性树脂的TGA-DTA曲线如图4.5所示图4.5改性瓜尔胶高吸水性树脂的TGA和DTA曲线 Fig.4.5 TGA and DTA curve of the super absorbent resin of modified guar gum由图4.5可以看出，失重阶段分主要分为3个过程：改性瓜尔胶高吸水性树脂 在203°C之前的失重比较小，这部分为水或其他易分解物质的分解引起的；在 203~495°C之间有很明显的下降趋势，热失重较大。从TGA曲线可以看出，此阶段 在290°C和400°C附近分别有一个小吸热峰和一个大吸收峰，可以理解为未参加反应 的改性瓜尔胶与改性瓜尔胶接枝共聚物的分解引起的；在565°C附近出现的吸热峰 为燃烧分解过程，当温度达到700°C时失重过程基本结束。可以看出改性瓜尔胶高 吸水性树脂的热稳定性明显优于瓜尔胶和改性瓜尔胶。

　　

　　4.3.3红外光谱(FT-IR) 所示。

　　

　　Wavenumber/cm1图4.6原瓜尔胶红外图谱Fig.4.6 IR spectra of the guar gumWavenumber/cm"1图4.7改性瓜尔胶红外图谱 Fig.4.7 IR spectra of the modified guar gum 56Wavenumber/cm1图4.8改性瓜尔胶高吸水性树脂红外图谱 Fig.4.8 IR spectra of the super absorbent resin of modified guar gum由图4.6~4.8可以看出，在波数3427cm_1位置出现很强的0-H特征峰，在 波数2935CHT1位置出现-CH2的伸缩振动峰，只是吸收强度不同，在波数 868cm_1、810cm_1和764cm_1位置出现瓜尔胶的特征峰。图4.8中，除了含有瓜 尔胶的特征峰外，在波数3200cm' 1227cm_1位置出现伯酰胺N-H与C-N伸 缩振动峰，在波数leSGcnT1位置出现羧酸基和酰胺基中羰基C=〇伸缩振动峰， 在波数1560cm-1、1412cm-1、953cm_1位置出现羧酸基中羰基C=0伸缩振动峰， 其中1560cm“为非对称伸缩振动峰，1412cm“为对称伸缩振动峰、953cm“为 变形伸缩振动峰，在波数1453cm—\ 1408cm'1和1363cm—1霉置出现-CH2CH中 -CH2内部变形峰，由此可证明所合成的高吸水性树脂为改性瓜尔胶与丙烯酸/ 丙烯酰胺的接枝共聚物。

　　

　　4.3.4改性瓜尔胶高吸水性树脂吸水速率400 - 300 -36912151821时间/min图4.9改性瓜尔胶高吸水性树脂吸水速率 Fig.4.9 The water absorption rate of super absorbent resin of modified guar gum从图4.9可以看出，改性瓜尔胶高吸水性树脂在12min吸水时间内，树脂的吸水量快速增加，当时间为15min时基本上达到了树脂的吸水量饱和，再增加吸水时间，树脂吸水率基本保持不变。

　　

　　4.3.5改性瓜尔胶高吸水性树脂重复吸水能力改性瓜尔胶高吸水性树脂重复吸水能力如图4.10所示。

　　

　　o o o0 5 0 8 7 7>'60/*s850 r650 600 1123456吸水次数图4.10改性瓜尔胶高吸水性树脂重复吸水能力 Fig.4.10 Recovery properties of super absorbent resin of modified guar gum从图4.10可以看出，随着反复吸水次数的增加，改性瓜尔胶尚吸水性树脂的吸 水能力逐渐降低。反复6次后，改性瓜尔胶高吸水性树脂吸水能力只能达到最初 吸水能力的77%。因此，在使用改性瓜尔胶高吸水性树脂时，应该对其作用的持 久性加以考虑。

　　

　　4.3.6室温及50°C高温条件下改性瓜尔胶高吸水性树脂的保水性能改性瓜尔胶高吸水性树脂在室温及50°C高温条件下的保水性能如图4.115 0 5 0 9 9 8 8757001224487284所示。

　　

　　时间/h室温50UC图4.11改性瓜尔胶高吸水性树脂在室温及50°C高温条件下的保水性能 Fig.4.11 The water retention performance of super absorbent resin of modified guar gumat room temperature and 50°C从图4.11中可以看出，开始阶段吸水树脂的保水率下降很快，当达到一定时间 后，保水率下降变慢，趋于平缓；干燥温度越高，吸水树脂的保水率降低的越快； 在温室条件下，该吸水树脂具有良好的保水性能。

　　

　　4.3.7改性瓜尔胶高吸水性树脂在不同温度蒸馏水中的吸水率0QQI ■I■ I■ I■ I■ II I■ I■ I■ I102030405060708090100温度"C图4.12改性瓜尔胶高吸水性树脂在不同温度蒸馏水中的吸水率 Fig.4.12 Sucked liquid ratio of super absorbent resin of modified guar gum in different temperature water从图4.12中可以看出，在25~70°C，改性瓜尔胶高吸水性树脂的保水率基本没 有变化，当温度进一步提高，树脂的吸水率会下降，可能由于树脂在高温下可溶成 份增加。如果温度更高，树脂可能会完全溶解。

　　

　　4.4本章小结(1)通过红外光谱法对产物进行了结构表征，结果表明该合成工艺制得的高吸 水性树脂为改性瓜尔胶与丙烯酸/丙烯酰胺的接枝共聚物。

　　

　　(2)通过对高吸水性树脂的吸水速率、保水性能、重复吸液性能等测试表明， 改性瓜尔胶基高吸水性树脂具有较高的吸水速率、较好的保水性能、重复使用能力 强且吸液是受温度的影响较小，可在很宽的温度范围内使用。

　　

　　(3)交联瓜尔胶与丙烯酸/丙烯酰胺接枝聚合后，其分解温度升高，热稳定性好。