卡波姆的水溶脹性主要取決于聚合物的交聯密度,如果交聯密度過高,會導致水分子無法順利地擴散進入聚合物顆粒的內部,卡波姆無法完全溶脹,不能均勻地分散在水中,甚至產生分層;如果交聯密度過低,雖然其水溶脹性極佳,但卻降低了其凝膠強度,致使增稠效果下降。此外,卡波姆的透光率也與其水溶脹性密切相關,一般其水溶脹性越好,透光率越高。對于交聯密度的高低,一般通過測定卡波姆的吸水率來進行衡量。一般吸水率越高,交聯密度越低。
(圖1)交聯劑用量對卡波姆水溶脹性的影響
交聯劑用量對卡波姆水溶脹性影響的宏觀表現
從圖1可以看出,隨著交聯劑用量的增加,潤濕時間逐漸增加,透光率逐漸下降,吸水率逐漸下降,卡波姆在水中的分散性下降。這主要是由于隨著交聯劑用量的增加,使得聚合物的交聯密度逐漸增大,凝膠網絡變得緊密。尤其是當交聯劑用量增加到2.0%時,潤濕時間明顯增加,透光率大幅下降,吸水率明顯降低,并且無法在水中完全溶脹,產生沉淀。這是由于分子鏈間交聯密度的增加,使得聚合物分子鏈的運動受到的束縛性增加,無法在水分子的作用下舒展開,并且形成一個壁壘,阻礙水分子擴散進入顆粒內部。
(圖2)不同交聯劑用量下卡波姆在水中溶脹后的圖:(a)0. 8 % (b)1. 2% (c)2. 0%
交聯劑用量對卡波姆水溶脹性影響的微觀表現
為了進一步佐證上述結果,本實驗首先將樣品在水中溶脹,然后將樣品溶液凍干,保持其在水中的形態,然后通過掃描電鏡觀察其微觀結構,結果如圖2 所示。
通過 SEM 圖可以清晰直觀地看到,隨著交聯劑用量的增加,卡波姆聚合物的交聯密度逐漸增加。當交聯劑用量為0.8%時,只是形成了近似一維的網絡結構,因此其很容易在水分子的作用下溶脹分散;當交聯劑用量增加到1.2%時,形成了體型的凝膠網絡,水分子要想擴散到顆粒內部,需要更多的時間,但是其凝膠網絡仍處于疏松狀,因此在水中具有很好的溶脹性;當交聯劑用量增加到2.0%時,由于交聯密度的增加,使得聚合物分子鏈過于靠近,致使聚合物內部交聯成一體,形成了一層膜,它嚴重地阻礙了水分子擴散進入顆粒內部,導致顆粒無法溶脹,最后形成沉淀。
隨著交聯劑用量的增加,卡波姆水凝膠的交聯密度逐漸增加,當交聯劑用量達到2. 0%時,卡波姆水凝膠無法在水中完全溶脹,產生沉淀。因此,要使卡波姆有較短的潤濕時間、較高的吸水率,必須控制交聯劑的用量,從而控制卡波姆的交聯密度。