Polyme compozit siêu hấp thụ nước là loại vật liệu được cấu tạo bởi hai hay nhiều cấu tử (thành phần). Trong đó, loại cấu tử thứ nhất là một hay nhiều polyme siêu hấp thụ nước làm nền. Loại cấu tử thứ hai là các chất phụ gia (chất độn) như các khoáng sét tự nhiên (cao lanh, montmorillonit, mica, attapulgit...). Ngoài ra có thể có thêm một thành phần thứ ba là chất liên kết, có tác dụng làm tăng độ kết dính giữa chất độn và nhựa nền. Các hạt nanoclay khi trộn với polyme cho các tính chất đặc biệt, khác với khi trộn với các hạt độn thông thường, có thể làm tăng khả năng hấp thụ nước, dung tích trao đổi cation cao, độ trương nở lớn, độ dẻo và khả năng kết dính cao.
Wu và cộng sự [10] nghiên cứu tính chất trương nở của poly(natri acrylat)/cao lanh được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp dung dịch nước, sử dụng monome là axit acrylic, bột cao lanh siêu mịn là chất độn và N-N’ metylenbis acryamit (MBA) là chất tạo lưới. Ảnh hưởng của mức độ trung hòa, thành phần, nồng độ, giá trị pH của dung dịch ngoài tới độ trương của polyme compozit được nghiên cứu. Kết quả cho thấy độ trương của polyme compozit phụ thuộc vào lực ion, sự phân cực phân tử, khối lượng phân tử cũng như nồng độ dung dịch bên ngoài. Khi giá trị pH dung dịch bên ngoài bằng 7, polyme compozit có giá trị trương nở cực đại là 800 lần.
Một loạt các xerogel dựa trên natri acrylat, montmorillonite (MMT) và MBA đã được Lee và cộng sự tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ngược hoặc phương pháp trùng hợp dung dịch. Ảnh hưởng của MMT
nguyên thủy, MMT xen lớp, phương pháp trùng hợp và hàm lượng của MMT trong gel copolyme về độ hấp thụ nước và tốc độ trương ban đầu trong nước cất và trong các dung dịch muối khác nhau cũng được khảo sát. Kết quả cho thấy rằng độ hấp thụ nước tăng khi bổ sung thêm một lượng nhỏ MMT nguyên thủy nhưng sẽ giảm khi thêm MMT xen lớp trong gel copolyme. Ngoài ra độ hấp thụ nước của gel mà được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp trong dung dịch thấp hơn so với phương pháp trùng hợp huyền phù ngược [32].
Một loạt polyme siêu hấp thụ nước trên cơ sở natri acrylat (NaA), mica (MI) và MBA đã được Lee và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ngược. Ảnh hưởng của loại, hàm lượng mica K+- MI tinh khiết và MI xen lớp trong gel compozit tới độ hấp thụ nước và tốc độ hấp thụ nước ban đầu trong nước muối và nước cất được nghiên cứu. Kết quả cho thấy độ hấp thụ nước giảm dần khi tăng MI-K+ tinh khiết và MI xen lớp. Ngoài ra độ hấp thụ nước và tốc độ hấp thụ nước ban đầu trong gel được tổng hợp bằng MI xen lớp thấp hơn MI-K+ tinh khiết [30].
Li và cộng sự [3] đã nghiên cứu hàm lượng attapulgit (APT) tới độ trương của một loạt poly(axit acrylic)/APT trong nước. Ảnh hưởng của nhiệt độ và giá trị pH của polyme compozit cũng được nghiên cứu. Độ hấp thụ nước của polyme compozit trong các dung dịch muối khác nhau cũng được khảo sát. Độ hấp thụ nước trong các dung dịch muối khác nhau giảm khi tăng lực ion của dung dịch. Khi lực ion > 1.103 M thì độ hấp thụ nước trong dung dịch cation hóa trị 1 cao hơn cation đa hóa trị. Sự giảm độ hấp thụ nước trong dung dịch cation đa hóa trị có thể là do khả năng tạo phức của -COONa dẫn đến hình thành phức nội phân tử làm tăng mật độ tạo lưới. Tính chất trương của polyme compozit cũng được nghiên cứu trong dung dịch metanol, axeton,
dimetylsunfoxit (DMSO) cũng được nghiên cứu. Ảnh hưởng của nhiệt độ hỗn hợp tới độ hấp thụ nước trong 10 phút cũng được nghiên cứu.
Một loại polyme compozit siêu hấp thụ nước mới polyacryamit/APT đã được Zhang và cộng sự tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp gốc tự do trên cơ sở acryamit (AM) và APT, sử dụng MBA là chất tạo lưới và amoni pesunfat (APS) là chất khơi mào. Quá trình hữu cơ hóa APT bởi hexadecyltrimetyl amoni bromua (HDTMABr) được xác định bởi phổ hồng ngoại biến đổi Furier (FTIR) và nhiễu xạ tia X (XRD). Ảnh hưởng của APT axit hóa, APT hữu cơ hóa và hàm lượng APT trong compozit siêu hấp thụ về độ hấp thụ nước và tốc độ hấp thụ nước ban đầu trong nước cất và các dung dịch muối cũng được khảo sát. Ảnh hưởng của APT hữu cơ hóa và APT axit hóa tới khả năng trương lại của polyme compozit cũng được nghiên cứu. Kết quả chứng tỏ rằng việc bổ sung APT có ảnh hưởng tới việc cải thiện tốc độ hấp thụ nước. So với việc bổ sung APT axit hóa 10% thì việc bổ sung APT hữu cơ hóa 10% làm tăng độ hấp thụ nước từ 2140-2800g/g nước cất và từ 100-121g/g trong dung NaCl 0,9%. Độ hấp thụ nước trong các dung dịch muối khác nhau giảm khi tăng nồng độ. Ngoài ra khả năng trương lại của polyme compozit cũng được cải thiện rõ rệt khi tăng một lượng APT hữu cơ hóa so với APT axit hóa. Polyme compozit đạt độ hấp thụ cao nhất khi mức độ hữu cơ hóa là 8,02% [13].
Một loạt các hidrogel mới trên cơ sở natri acrylat (NaA), hydrotalcit xen lớp(IHT) và MBA đã được Lee và cộng sự điều chế bằng phương pháp trùng hợp huyền phù ngược. Ảnh hưởng hàm lượng của HT xen lớp với axit acrylic (AA-IHT) và với axit 2-acrylamido- 2-metylpropan sunfonic (AMPS- IHT),hàm lượng IHT trong polyme về độ hấp thụ nước và tốc độ hấp thụ nước ban đầu trong nước cất và trong nước muối được nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng hàm lượng IHT cho vào sẽ ảnh hưởng đến độ trương của các
gel, nếu thêm 1 lượng nhỏ IHT có thể làm tăng hiệu quả hấp thụ nước của các gel nhưng thêm dư IHT lại làm giảm độ trương của các gel [31].
Li và cộng sự [3] đã nghiên cứu tổng hợp poly(axit acrylic)/APT bởi phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic (AA) trên bột siêu mịn APT, sử dụng MBA là chất tạo lưới và APS là chất khơi mào. Hiệu quả hấp thụ nước tương ứng với nhiệt độ phản ứng, nồng độ monome ban đầu, mức độ trung hòa AA, hàm lượng chất tạo lưới, chất khơi mào và APT đã được nghiên cứu. Độ hấp thụ nước của polyme compozit siêu hấp thụ nước trong nước và trong dung dịch muối đã được khảo sát và khả năng giữ nước cũng được khảo sát. Kết quả nhận được từ những nghiên cứu này cho thấy rằng độ hấp thụ nước của polyme compozit được tổng hợp với điều kiện tốt nhất (APT 10%) hấp thụ 1017g/g nước cất và 77g/g trong nước muối 0,9%.
Zhang và cộng sự [12] đã tổng hợp polyme compozit siêu hấp thụ nước trên cơ sở AM, bột mịn APT, MBA tạo lưới và APS khơi mào. Sản phẩm sau đó được xà phòng hóa bằng dung dịch NaOH. Độ trương của polyacryamit/APT trong các dung dịch muối khác nhau là khác nhau, dung dịch muối có thể làm giảm độ trương của polyacryamit/APT rất nhiều. Độ hấp thụ nước của polyme compozit polyacryamit/APT với 20- 40% APT trong các dung dịch muối clorua có thứ tự sau: Li+ = Na+ = K+, Mg2+ > Ca2+ = Ba2+. Tuy nhiên độ trương của polyme compozit trong các dung dịch CuCl2, AlCl3, FeCl3 là phức tạp, dung dịch muối clorua có hóa trị I có độ trương cao hơn trong dung dịch muối hóa trị II và III. PAMA có độ hấp thụ nước, giữ nước và trương lại tốt nên được sử dụng cho việc cải tạo môi trường sa mạc khô cằn.
Wu và các cộng sự [11] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhóm -COOH và -COONa và mật độ tạo lưới của poly(acrylic axit)/MMT về khả năng hấp thụ
trọng lượng riêng của nó. Nó được tổng hợp bởi phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic với tác nhân tạo lưới và sự có mặt của MMT. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới và MMT về độ hấp thụ nước đã được khảo sát. Có thể thấy rằng hiệu quả hấp thụ khi kết hợp 2 nhóm -COONa và -COOH là tốt hơn khi chỉ có 1 nhóm -COOH hoặc -COONa. Polyme compozit mà được tổng hợp với tỉ lệ -COONa và -COOH là 2/3 là cho độ hấp thụ nước cao nhất.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1.Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị