高吸水性高分子材料(ｓａｐ)是國外70年代發展起來的新型材料[1]。它吸水能力大,保水性好,凝膠強度高,在國民經濟各領域有廣泛的應用[2]。近年,研究人員除了繼續對材料本身進行研究開發之外,把研究目標轉向探求其在高技術領域和更多領域的應用[3～4]。
本文對輻射聚合製備的高吸水性聚丙烯醯胺/蒙脫土複合材料(ｓａｐｃ)進行了熱學性質試驗,研究ｓａｐｃ的基本熱效能以開發其在醫療保健等領域的應用。
1 實驗
1.1 材料製備丙烯醯胺/蒙脫土復合試樣(ｓａｐｃ)製備如下:膨潤土(30%重量比)懸浮在蒸餾水中,與丙烯醯胺和新增劑等水溶液混合(30%),然後使用電子束或紫外線照射完成聚合過程[4]。
1.2 熱穩定性實驗實驗的方法是將複合材料樣品用預先設定溫度的烘箱處理,處理後,測定其吸水能力(ｗａｃ)以評價熱穩定性。吸水能力使用重量法測定,按下式計算:
ｗａｃ=(ｗ2-ｗ1)/ｗ1式中 ｗ2:吸水後的材料重量;ｗ1:吸水前的材料重量。
1.3 保溫實驗在裝有溫度計並預熱為一定溫度的容器中,加入溫度相同的1ｇｓａｐｃ和200ｍｌ水,環境溫度是20℃。將此容器放置在熱絕緣板上,按照預定時間
測定和記錄水的溫度。在另一容器中做空白對比試驗,除不加ｓａｐｃ外,其它條件完全相同。實驗裝置由裝有溫度計的容器和絕熱板組成,見示意圖1。
2 結果與討論
2.1 熱穩定性實驗熱處理後,有些樣品的外觀有所變化,熱處理改變了ｓａｐｃ性狀,耐熱性能差的樣品有發泡的現象表1顯示了材料組成和熱穩定性之間的關係,丙烯酸鈉含量高的樣品表現了較好的熱穩定性。
由圖2可見,熱處理溫度在170℃以下時,對ｓａｐｃ的吸水能力無影響,當溫度公升到200℃時,樣品吸水能力增加,可能是由於在熱處理過程中材料的鍵被破壞,使交聯密度降低所致。200℃熱處理對於其它樣品沒有影響,它表示ｓａｐｃ有較好的熱穩定性。
2.2 保溫效能實驗
圖3是裝置中溫度計ｉｉ(見圖1)測定的液體溫度資料。如圖3所示,新增ｓａｐｃ可以減少體系的熱損失,使溫度下降速度比純水體系相減慢1.5倍以上。
為比較兩不同體系的熱散失,在液體表面使用溫度計記錄溫度變化。圖4顯示了溫度計ｉ所記錄的液體上方溫度差異。
由圖4可以明顯地看到,實驗開始時純水體系上方的溫度比ｓａｐｃ/水混合物體系上方高,但是10ｍｉｎ後,該溫度比ｓａｐｃ/水混合物體系低。其原因是雖然在試驗開始時兩套系統的溫度相同,由於純水體系散熱快,其上方比ｓａｐｃ/水體系的溫度高。但是,因為純水體系散熱快,溫度下降幅度大,10ｍｉｎ後,其上方溫度比ｓａｐｃ/水體系上方溫度低。
ｓａｐｃ/水混合體系比純水系統保溫時間長的原因可能是加入ｓａｐｃ後水分子被吸收在ｓａｐｃ的網路中,其運動受ｓａｐｃ網路限制和阻礙,熱散失被抑制。實驗過程中可以觀察到純水體系的溫度從中心到表面幾乎相同,而ｓａｐｃ/水混合體系的中心溫度比表面高,其溫度梯度為2～3℃。
3 結論ｓａｐｃ具有良好的熱穩定性,200℃以下處理溫度對於ｓａｐｃ基本沒有影響。由於ｓａｐｃ加入液體中能降低水分子的運動速度,它可以阻止熱散失,減緩體系溫度降低的速度。ｓａｐｃ的這種性質使其可作為一種保溫材料。
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