高吸水性高分子材料
材料学吕岩 1411093004
摘要：
在这篇综述中，探究的领域是高吸水性高分子材料，其中主要指的是高吸水性树脂。大体概述了其发展、结构，分类，吸水原理等；及几类简单的高吸水性树脂的制备方法。如淀粉类、纤维素类、共聚合类等。高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、医疗卫生、园艺、建筑材料、食品加工等多个领域。
关键词：高吸水性树脂原理性能制备广泛应用
Super absorbent polymer materials
Material science lvyan 1411093004
Abstract:
In this review, I explore the area about super absorbent polymer materials, mainly refers to the superabsorbent resin. Generally overview of its development, structure, classification, principle of absorbing water, etc.; And at the same time introduce some simple method of preparation of superabsorbent resin. Such as starch, cellulose, copolymerization, etc. Super absorbent resin is a kind of new functional polymer material, because it can absorb hundreds to thousands of times the mass of the water, and it has good water retention. So it has been widely used in agriculture, health care, gardening, building materials, food processing and other fields. Keywords: Super absorbent resin Principle Performance Preparation Super extensive applications
引言
高吸水性高分子材料(Super Absorbent Polymer简称SAP)主要指高吸水性树脂，也称为超强吸水剂、高吸水性聚合物一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。它首先由美国和日本于60年代中期研制成功。它不同于以往的普通的吸水性材料,如海绵、吸水纸、脱脂棉等,吸水量最大也只能达到自身重量的20倍左右,且在受挤压后吸附的水易被挤出。而高分子吸水树脂是一类高分子电解质,如交联聚丙烯酸钠吸水剂,其结构中因含有羧基、羰基、羧酸根、亚氨基等极性基团,故其亲水性极强,且聚合物的骨架又是一个适度交联的网状结构,带有负电荷,因而属高分子电解质。其它高分子吸水剂的结构中同样都含有极性基团及阴离子或阳离子,如聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯腈类树脂、淀粉—丙烯酸共聚物树脂、羧甲基纤维素交联物等等,因而它们在吸水过程中会发生电离而引起同类电荷基团的相互排斥,树脂骨架膨胀,同时与水发生化学反应,最终生成凝胶状物质。所以,吸水后的高分子树脂在受压后,水不会从高分子中释放出来,且其吸水速度相当快,吸水量可在几分钟甚至几秒内达自身重量的几百倍。如淀粉—丙烯腈接枝共聚物,其吸水量可达自身重量的300～1200倍,淀粉—丙烯酸共聚物的可达300～1400倍,聚丙烯酸盐树脂的可达300～1000倍。另外,高分子吸水树脂还具有缓释作用、吸附作用、吸湿放湿作用及能够成膜、稳定性好的特点,使其在日用化学工业中有着独特的作用。因而自研制成功以来,高分子吸水树脂受到了世界各国的高度重视,发展极为迅速,世界范围内的需求量逐年递增,其应用领域也在逐步扩大,过去主要用在个人卫生用品方面,而今已扩展到医用材料、缓释农药、土壤保湿剂、食品干燥剂、保鲜剂及化妆品中,其开发应用前景十分广阔。
一．高吸水性树脂的概述
1.1高吸水性树脂的发展历史
高吸水性树脂作为一种具有特殊功能的高分子化合物，它的起源在高分子化合物出现以后。1961年美国农业部北方研究中心从淀粉接枝丙烯腈首先开始研究，其后Fanta等人在前人研究工作的基础上开始继续进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，发现接枝产物加碱水解后生成的产物具有优良的吸水性能，并于1966年首先发表了淀粉改性物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物具有优越
的吸水能力，吸水后形成的凝胶的保水性很强。首次开发成功后，世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。1978年，日本三洋化成公司考虑到丙烯腈单体残留在聚合物中有毒性，卫生上不安全，所以提出了不痛的方法来制备高吸水性树脂，提出了淀粉丙烯酸，交联性的单体接枝共聚反应的合成方法，并于1979年在日本名古屋投产。
我国高吸水性树脂的研究从20世纪80年代初开始，如湖南湘潭大学自1981年开展了合成吸水剂的研究，先后对淀粉系、纤维系、合成系的吸水剂性能和合成方法进行了研究，制备了淀粉接枝共聚丙烯腈皂化水解物、纤维素接枝丙烯酸盐、聚乙烯醇变性物，都具有优越的性能。
1.2高吸水性树脂的分类
高吸水性树脂从其原料角度出发主要分为两类，即天然高分子改性高吸水性树脂和全合成高吸水性树脂。前者是指对淀粉、纤维素、甲壳质等天然高分子进行结构改造得到的高吸水性材料。其特点是生产成本低、材料来源广泛、吸水能力强，而且产品具有生物降解性，不造成二次环境污染，适合作为一次性使用产品。但是产品的机械强度低，热稳定性差，特别是吸水后性能较差，不能应用到诸如吸水性纤维、织物、薄膜等场合。淀粉和纤维是具有多糖结构的高聚物，最显著的特点是分子中具有大量羟基作为亲水基团，经过结构改造后还可以引入大量离子化基团，增加吸水性能。后者主要指对聚丙烯酸或聚丙烯腈等人工合成水溶性聚合物进行交联改造，使其具有高吸水树脂的性质。特点是结构清晰、质量稳定、可以进行大工业化生产，特别是吸水后机械强度较高，热稳定性好。但是生产成本较高，而吸水率偏低。在材料的外形结构上来说，目前已经有粉末型、颗粒型、薄膜型、纤维型等高吸水性产品，其中纤维型和薄膜型材料具有使用方便，便于在特殊场合使用的特点。高吸水性树脂由于采用原料不同，制备方法各异，产品牌号繁多，单从产品名称上不易判断其结构归属。
1.3高吸水性树脂的结构特征与性质
高吸水性高分子材料之所以能够吸收高于自身重量数百倍，甚至上千倍的水分，其特殊结构特征起到了决定性的作用。作为高吸水性树脂从化学结构上来说主要具有以下的特点：
1）树脂分子中具有强亲水基团，如羟基、羧基等。这类聚合物分子都能够与水分子形成氢键，因此对水有很高的亲和性，与水接触后可以迅速吸收并被水所溶胀。
2）树脂具有交联结构，这样才能在与水相互作用时不被溶解成溶液。
3）聚合物内部应该具有浓度较高的离子性基团，大量离子性基团的存在可以保证体系内部具有较高的离子浓度，从而在体系内外形成较高的指向体系内部的渗透压，在此渗透压作用下，环境中的水具有向体系内部扩散的趋势，因此，较高的离子性基团浓度将保证吸水能力的提高。
4）聚合物应该具有较高的分子量，分子量增加，吸水后的机械强度增加，同时吸水能力也可以提高。
高吸水性树脂作为一种功能材料应用，其应用领域不同，对它的性能也有各种各样的要求。高吸水性树脂主要有以下几项性能：
1）吸水性高吸水性树脂的吸水性可从两个方面反映：一是其吸水溶胀的能力，以吸水率表示，目前报道的最大吸水率是 5000 倍;另一个是其保水性。其吸水能力不仅决定于聚合物的组成，结构，形态，分子量，交联度等内在因素，外界条件对其影响也很大.高吸水性树脂吸水性的测定方法很多,有筛网法，茶袋法，抽吸法，离心法等，因测定方法的不同而有差异,只能作为参考。
2）凝胶强度高吸水性树脂吸水后，其凝胶需具有一定的强度，以维持良好的保水性和加工性能。聚合物本身的结构及组成直接决定了高吸水性树脂吸水后的强度，而且强度与吸水能力，吸水速度三者有相互依赖和相互矛盾的关系。所以在制造高吸水性树脂时，应根据不同的使用要求，进行合理的分子设计，采用适宜的单体结构，选择合理的合成方法，制造出具有恰当的聚合度和交联密度的产品，以达到强度，吸水能力及速度都能满足使用要求的吸水性树脂.。高吸水性树脂凝胶强度测试难度相对较大，Brandt 等人通过振荡应力流变计测定树脂凝胶粒的剪切模量，用以表征凝胶强度。
3）保水性高吸水性树脂不但吸水能力强，而且保水能力也非常强，所谓保水能力指的是吸水后的膨胀体能保持其水溶液不离析的状态的能力。众所周知，含有大量水的一般水凝胶都具有加压难脱水，蒸发慢，对水的保持能力高的特点。高吸水性树脂是水凝胶，当然具有这些性质。通常物质的脱水主要有加
热蒸发脱水和加力脱水两种。因此，高吸水性树脂也有自然条件保水性，热保水性和加压保水性等几种保水性能。
4）稳定性高吸水性树脂作为吸水性材料使用必然会受到外界条件，如光，热，化学物质以及其它条件的影响，使其吸水性能发生改变。因此，高吸水性树脂的稳定性主要包括热稳定性，光稳定性和储存稳定性等。不同种类的高吸水性树脂吸水后，其稳定性有差异，如聚丙烯酸盐类树脂随交联度增加热稳定性也增大，常温下，高吸水性树脂可在密闭容器内储存 3～5 年，其吸水能力不变，稳定性很好。
5）增稠性高吸水性树脂凝胶具有特殊的流变性能，增稠性是其显著特性，很少量的树脂就可使溶液粘度大大提高。Taylor 研究了高吸水性树脂凝胶的增稠机理，发现由于高吸水性树脂在水中可高度溶胀，吸收溶剂，溶液体系被溶胀的树脂颗粒紧密填充，而变得稠密，溶液粘度显著增加。除以上性能外，高吸水性树脂还具有吸氨性，扩散性，安全性，相溶性等特殊性能。
1.4高吸水性树脂的吸水原理
吸水机制可分为两类：一类是物理吸附类，像传统的吸水性材料如棉花等，其吸水机制主要是毛细血管吸附原理，所以这类物质的吸水能力不高，只能吸收自重的几十倍的水，且一旦施压，所吸收的水分就逸出，保水性能差。另一类是化学吸附类，通过化学键的方式把水和亲水物质结合在一起成为一个整体。此种吸附结合很牢，加压也不易失去所吸收的水分。
高吸水性树脂是具有三维空间网络结构的高聚物，所吸收的水分既有物理吸附，又有化学吸附。因此具有神奇的吸水能力，可吸收成百上千倍的水。
当水与高聚物表面接触时，有三种相互作用：一是水分子与高分子中电负性强的氧原子间的氢键作用；二是水分子与疏水基团间的相互作用；三是水分子与亲水基团间的相互作用。
高吸水性树脂处于凝胶状态时，胶体内外存在有三种状态的水，即结合水、束缚水、自由水。结合水被束缚在高分子凝胶网络中，不易脱离网络而去，因此，高吸水性树脂有很高分保水性。
高吸水性树脂在结构上是轻度交联的空间网络结构，由化学交联和树脂分子链间的相互缠绕的物理交联构成。吸水前，高分子长链相互靠拢缠在一起，彼此交联形成网状结构，从而达到整体上的紧固程度。高吸水性树脂的吸水过程是一
个很复杂的过程。吸水前，高分子网络是固态网束，未电离成离子对。当遇水时，亲水基与水分子的水合作用使高分子网束张展，产生网络内外离子浓度差。如高分子网络结构中有一定数量的亲水离子，就会在网络结构内外产生渗透压，水分子因渗透压作用向网络结构内渗透。同理，被吸附水中含有盐时，渗透压降低，吸水能力随之下降。由此可见，高分子网结构的亲水基离子是不可缺德。亲水离子对高吸水性树脂能够完成吸水全过程得动力因素。高分子网结构持有大量的水和离子，是影响高吸水性树脂吸水能力，加快吸水速度的另一个因素。二．高吸水性树脂的制备
2.1 天然高分子的接枝
通过天然高分子的接枝改性合成的高吸水性树脂的优点是成本较低、产物超过使用周期可以分解，缺点是工艺复杂、产品易腐败，强度较差。天然高分子的接枝主要有以下几种方法。
淀粉-丙烯腈接枝共聚物：淀粉-丙烯腈接枝共聚物的水解产物是世界上第一个开发的高吸水性树脂。特点是吸水倍数高(1000-3000倍)、成本低。缺点是水解工艺比较复杂，干燥效率低。合成所用的硝酸铈铵是至今淀粉接枝不饱和单体最有效的引发剂，其工艺过程为：淀粉糊化→冷却→接枝共聚→加压水解→冷却→酸化→离心分离→中和→干燥→成品包装。如果采用三价锰盐-硫酸亚铁铵双氧水组成的复合引发体系，则接枝效率可达95%。合成时需要控制引发剂用量、加入方式、温度、淀粉种类和丙烯腈用量等。但关键是控制共聚物的皂化方法和皂化程度。
淀粉-混合单体的接枝共聚物：即在淀粉上除了接枝丙烯腈外，还可以接枝丙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺等单体。其优点是进一步提高产物的吸水倍数，此外，如采用颗粒淀粉，可省去糊化工序，缩短皂化时间，产品容易过滤、分离、清洗、贮存。
淀粉-聚丙烯酸钠的接枝共聚物优点是将淀粉和聚丙烯酸钠水溶液在加热条件下进行混炼，即过程力化学接枝形成产物。
纤维素的接枝共聚物：即将丙烯腈等单体分散在纤维素浆液中，在铈盐引发剂的作用下进行接枝共聚，再加压水解。其优点是：虽然吸水倍数不如淀粉类共聚物，但可制成高吸水性织物，可与纤维混纺，改善最终产品的吸水性能。
天然高分子羧甲基化：特点是控制羧甲基化的程度，交联后可得吸水性不同的产物。
2.2交联水溶性合成树脂
以水溶性合成树脂为原料合成高吸水树脂是目前的主导，其优点是克服了天然高分子接枝后改性的不足，并且原料丰富，缺点是成本偏高。具体合成方法为：聚乙烯醇的交联改性：主要通过酸酐的交联，并引入-COONa基团。特点是吸水性能可调。
聚丙烯酰胺的交联改性：主要通过辐射引发或引发剂引发磷酸、马来酸酐、邻苯二甲酸酐等与聚丙烯酰胺交联，如采用丙烯酸钠与丙烯酰胺共聚交联，可得吸水量可达2000g/g的高吸水性树脂。
聚丙烯腈的改性：主要是通过丙烯腈与甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺进行共聚、纺丝、再硫酸浸渍制得纤维状吸水树脂。
三．高吸水性树脂的广泛应用
高吸水性树脂由于其优良的吸水性和保水性，应用范围在不断扩展，已广泛应用于卫生材料，农林园艺，脱水剂，化学蓄冷剂，蓄热剂，污泥固化剂，防露水用壁材，食品保鲜剂，水膨胀涂料和复合吸水材料等方面。因此，其生产能力迅速增加,特别是美国和日本发展最快，年产量已超过 20 万 t.。
3.1农林、园艺方面的应用
我国土地辽阔，有大面积的沙漠及干旱，半干旱西北，改造治理沙漠，防止水土流失，提高干旱半干旱地带，为高吸水性树脂绿化祖国再造山川秀美的大地区的作物产量提供了用武之地。研究者发现，在农业上应用高吸水性树脂可以减少灌溉水的损耗，降低植物的死亡率，提高土壤的肥力，加快作物的生长速度，增加作物的产量.而且可使土壤形成团粒结构，可以增加土壤的透水性，透气性，降低壤的昼夜温差。同时与肥料，农药作用可使它们缓慢释放，增加肥料和农药的利用率和有效性。用于耕作的高吸水性树脂可以是薄膜状，凝胶状和泡沫状，其用途是用于正在生长的蔬菜和花的种子，以增加生产的稳定性和产量，节省劳动力。高吸水性树脂吸水后，保存在苗床下面的适当位置，利用毛细作用，逐渐供给植物水分，这样可以达到缓释水分的作用。对我国特别是西北，华北干旱，
半干旱地区而言，高吸水性树脂的节水，保水，抗旱保苗，改良土壤，促进植物生长的特殊性能，无疑是一个福音，越来越受到广大农民和科技工作者的关注。
3.2医药卫生用品方面的应用
在医疗卫生用品领域，人们利用高吸水性树脂的吸收尿液，血液，药物等特性作为吸收材料，如卫生巾，尿布，餐巾纸，失禁片，医用药棉等。高吸水性树脂的超强吸水能力和保水能力使得生理卫生方面的产品大大轻便化，小型化，舒适化，消除了人们很多苦恼。近年来，高吸水性树脂已被广泛应用于医药医疗的各个方面：超强吸水性材料可用于制备能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带、棉球和纱布等；用于接触眼镜、人体埋入材料、保温保冷材料等医疗用品的生产和制造中；用于制造人工玻璃体、人工角膜、人工皮肤、人工血管、人工肝脏、人工肾脏等人工器官；用于保持部分被测液的医用检验试片；用于制备含水量大、使用舒适的外用软膏：另外，高吸水性树脂还在缓释药物基材等制造中得到应用，能通过调节含水率改变药剂的释放速度，避免随时间推移，释放速度逐渐降低。
3.3建筑材料方面的应用
随着现代化建设的发展，各行各业都在突飞猛进地发展，水是建设中须考虑的重要因素。在各项建设中节水保水，综合治理水资源是当务之急。研究开发超强吸水剂是加快建设，治理的重要措施之一。目前，高吸水性树脂在建材工业中主要应用于止水堵漏，防结露，调湿除湿，建材涂料，提高建筑工效等方面。3.4其它方面的应用
除以上几个方面外，高吸水性树脂在日用化工，石油工业，环保工业，纤维工业，电子工业等方面同样具有广阔的应用前景。高吸水性树脂在日常生活中也得到很好的应用。如食品保鲜剂，化妆品添加剂，香水缓释剂，油田处理剂等方面高吸水性树脂均发挥了巨大的作用。
四．前景展望：
高吸水性树脂具有众多的用途和广泛的应用领域，随着生活水平的提高和石油资源的日益匮乏，人们对其要求也在不断提高，高性能化、复合化、对环境友好是其未来发展的主要方向。
参考文献
[1] 邹新禧. 超强吸水剂 [M ]. 北京: 化学工业出版社，1991
[2]李武宏，李弘．化学法制备高分子水凝胶的研究进展[J]．离子交换与吸附，2003，19(6):567-573
[3]Sina Naficy, Hugh R. Brown, Joselito M. Razal, Geoffrey M. Spinks, Philip G. Whitten. Progress Toward Robust Polymer Hydrogels. Aust. J. Chem. 2011, 64, 1007-1025
[4]翟茂林，哈鸿飞．水凝胶的合成、性质及应用[J]．大学化学，2001，16(5):22-26
[5]王正辉，高琼芝. 高吸水树脂 P( AAAMG MA )的合成 [J].合成化学， 2006 ，14( 1): 77- 79 .
[6]褚建云. 半互穿网络聚丙烯酸高吸水树脂的合成及性能 [J].四川大学学报，2004 ，36( 2) : 62- 68 .
[7]刘德荣，颜杰等. 高分子学报，1996, 4 (8) : 490～493 .
[8]龙剑英,宋湛谦.淀粉类高吸水性树脂的研究进展[J].精细化工，2002，19(9):54 1-5 4 3 ．
[9] 崔英德，郭建维等.可生物降解超强吸水剂及其制备技术进展[J ].化工进展，2003 ，22(8) :8 4 5-8 4 9.
[10]张俊平，刘瑞风，李安等．丙烯酰胺／凹凸棒复合吸水性树脂的制备及溶胀行为[ J].高分子材料科学与工程，2005 ，21 ( 3 ) ：1 6 9 - 1 7 2 ．
高吸水性树脂产品指标 高吸水性树脂是一种吸水量可达自向重量几十倍甚至几千倍的树脂。这种树脂不但吸水量大，而且保水能力强，并有很强的增稠性能，因此可广泛应用于生理卫生用品、农林园艺、改选沙漠、医药、土木工程、工业用品、保鲜包装材料、日用品等领域。 一、物理性质 高吸水性树脂是一种具有吸水功能的透明粉剂，本品同时含有植物生长所需的氮、磷等元素、降解后元素、无残留、不污染土壤。 二、主要指标 三、主要用途 1、用作土壤改良剂：将高吸水性树脂与栽培土按一定比例混合，可以改善团粒结构，提高土壤的保水性、透水性和透气性，缩小土壤昼夜温差变化，调节封的干湿度，减少灌溉次数，达到改良劣质土壤、抗旱保收的目的。 2、用作种子培育促进剂和苗木移植保存剂：高吸水性树脂以混合法、片法和涂覆法用于植物种子培育，可使其提早发育，提高发芽率，缩短发芽时间，促进生长。将高吸水性树脂与草籽拌种，可提高飞机在干旱地区播种的成活率；将高吸水性树脂吸水凝胶涂覆在出土的幼苗的根部，进行保水处理，可大大提高幼苗的成活率和移植存放时间。 3、用作化肥缓释剂：用高吸水性树脂对化肥进行包衣后施肥，可使肥料缓慢释放，提高化肥的利用率，减少肥料流失造成的浪费和对环境的污染。 4、其它：高吸水性树脂还可用于土壤培土、农药扩散剂、菌固培养等方面。
四、包装及储存 1、包装：本公司的产品均采用三合一牛皮纸包装，内衬聚乙烯塑料膜，每袋净重25公斤。 2、储存：该产品应置于阴凉通风的库房中，注意防潮。 聚丙烯酸钠 百科名片 聚丙烯酸钠 聚丙烯酸钠是一种新型功能高分子材料和重要化工产品，固态产品为白色(或浅黄色)块状或粉末，液态产品为无色(或淡黄色)粘稠液体。溶解于冷水、温水、甘油、丙二醇等介质中，对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂。 目录[隐藏] 概述 性质 加工或制造方法 用途 概述 性质 加工或制造方法 用途 [编辑本段] 概述
高吸水性树脂用做水晶泥的研究 高吸水性树脂用做水晶泥的研究 刘力、罗威 摘要：以环己烷为连续相，Span-60为悬浮稳定剂，过硫酸铵为引发剂，N，N'- 亚甲基双丙烯胺为交联剂，对反相悬浮聚合制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂进行研究。结果表明，影响合成树脂吸水率的主要因素是交联剂质量分数，当交联剂质 量分数为0.015%时，合成树脂的吸水率出现极大值，而且当反应温度控制在75℃，引发剂质量分数为18%时所得树脂的吸水率可达500g/g。对合成树脂吸水、保水性能的进一步测试发现，树脂的初始阶段吸水速率较快，随着吸水时间的延长逐步下降，当树脂吸水饱和后水分损失很慢，在120℃下100min仅损失17.2%。 关键词：高吸水性树脂，聚丙烯酸钠，Span-60，吐温-40，交联剂，分散剂，引发剂。 一、背景介绍 高吸水性树脂( super absorbent polymer, SAP),自上世纪70年代开 发成功以来,已经得到了深入的研究和广泛的应用。在美国等发达国 家，高吸水性树脂的历史已有近40年，而在我国，它仅有10余年 的发展史，对国内市场来说是一种新产品，虽然国内有许多单位已研 究开发出产品并建立了生产装置，但是国产超强吸水剂产品尚未形成 规模生产，其原因是由于生产技术落后而导致产品生产成本较高，产 品性能没有及时改进而且产品的应用研究较少。 高吸水性树脂是一种轻度交联结构的高分子, 其分子链上具有很多 亲水基团，如羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等, 故吸水能力很强, 能
吸收自身重量的几百倍甚至几千倍的水, 并且加压不淌出。由于高吸水性树脂与常见的1 高吸水性树脂用做水晶泥的研究 吸水性材料如纸, 布等相比, 具有很多优点, 是一种新型的功能性高分子材料, 因而它被广泛应用于工业、农林业、医疗卫生和日常生活中。高吸水性聚丙烯酸钠含有- COONa 基团, 其亲水性要比含-OH、- COOH、- CONH 2等亲水基团的高分子要强, 其吸水性能优良, 且是高安全性化合物，并具有一定的生物降解性。因此，高吸水性树脂的研究与应用就显得十分重要。本文主要综述作者经过实验室研究改进的聚丙烯酸钠高吸水性树脂的制备方法，并通过实验对其吸水性能进行测定, 对其吸水机理以及其功能与应用方面进行试探性研究。二、实验意义 高吸水性树脂在当今各个领域发挥着它不可替代的作用，我们在实验室中以丙烯酸和丙烯酸铵作为单体，以过硫酸钾为引发剂，以N-N'亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂制备高吸水性树脂，对其性能进行了测试，并考虑各种影响因素，对制备方案进行了改进，使产品吸水率、凝胶强度和吸水速度、抗盐性等性能得到提高，以利于其产物的美观和实用性。同时我们将产物应用于不同的领域，结果发现其功能很好。我们实验的目的就是要将产物的性能达到最优化，同时，能将其吸水的特性广泛而普遍的应用于各个领域。 三、高吸水性树脂的制备 （一）、主要原材料及仪器、用品：
高吸水性树脂的制备 姓名：曹伟然学号：0908010121 摘要：本文介绍了高吸水性树脂的分类、性能及在各方面的应用。对高吸水性树脂的合成方法进行了综述。 关键词：高吸水性合成树脂；合成方法 Abstract: This paper introduces the way to classify super absorbent polymers and the application and properties of super absorbent polymers. Summarizing means about synthetizing super absorbent polymers. Key words: super absorbent polymers; means about synthetizing 1 高吸水性树脂的简介 高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物(Super absorbent polymers)，简写为SAP。它是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物，不溶于水也不溶于有机溶剂，能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性，一旦吸水膨胀成水凝胶，即使加压也难以将水分离出来。 1.1 SAP的分类 按原料来源可分为淀粉类、纤维素类、合成树脂类和其它天然高分子类。按亲水化方法可分为四大系列，分别是亲水性单体的聚合物，疏水性聚合物的羧甲基化反应物，疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体共聚物，含腈基、酯基、酰胺基的高分子水解反应物。按交联方法分类为用交联剂进行网状化反应、自交联网状化反应、放射线照射网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构等四种。按亲水基团的种类可分为含有羧酸、磺酸、磷酸类的阴离子系，叔胺、季铵类的阳离子系，两性离子系，羟基和酰胺基的非离子系和多种亲水基团系等五大种类。从制品形态上可分为粉末状、纤维状、薄膜状和珠状。 1.2 SAP的性能及应用 高吸水性树脂作为一种功能材料应用，其应用领域不同，对它的性能也有不同的要求，高吸水性树脂主要有以下几项性能。 1.2.1 吸水性
论文与综述 高吸水性树脂制备及其发展 刘全校,王晓翔,吕玉彬,李金丽 (北京印刷学院印刷包装材料与技术重点实验室,北京102600) [摘 要] 论述了高吸水性树脂(SAR)的吸水、保水原理、分类和制备方法,讨论了改进高吸水性树脂性能的方法,指出了目前我国的主要研究方向。 [关键词] 高吸水性树脂;吸水、保水原理;改性方法;发展方向 高吸水性树脂(Super Absorbent Resin缩写SAR)是一种典型的功能高分子材料,能够吸收自身重量数百倍乃至数千倍的水分或者数十倍的盐水,并在压力下仍能保持大量的水,具有吸水量大、吸水速度快、保水能力强等特点,被广泛应用于农业、林业、工业、建筑、医疗卫生、环保和日常生活等领域中[1 4]。 1 SAR的吸水、保水原理 高吸水性树脂为轻度交联结构的高分子聚合物,它是由水溶性聚合物在一定条件下接枝、共聚、交联形成的不溶于水但能高度溶胀的聚合物,其分子结构上具有疏水基团和很多亲水基团(如羟基、羧基、酰胺基等),在保水剂的内部形成三维空间网状结构。亲水基团与水分子接触时相互作用形成各种水合状态;而疏水基团因疏水作用而易于折向内侧,成为局部不溶性的微粒结构,导致进入的水分子失去活动性,局部冻结,形成 伪冰(False ice) 。大分子的网络能将吸收的水分全部凝胶化,成为高吸水性的状态。SAR的交联度较低,水分子进入网络后,网络弹性束缚水分子的热运动,使其不易从网络中逸出。从热力学角度看,SAR的自动吸水性降低了整体自由能,而排除了水分会使自由能升高,不利于体系稳定的因素,这就是高吸水性树脂特有的,在受压条件下仍具有很强保水性的原因[5,6]。 在高吸水性树脂内部,高分子电解质的离子间相斥作用(渗透压作用),使树脂因水进入分子而扩张,但交联作用使水凝胶具有一定的强度(橡胶弹性力),当二者达到平衡时,树脂吸水达到饱和,此饱和值即为吸水率[7]。因此,高吸水性树脂 收稿日期:2011-01-10在溶液中的吸水与高吸水性树脂的结构及溶胀介质的性质可用Flory公式[8]来表示。 Q5/3 [i/(2 V u S 1/2)2+(1/2-x1)/V1] (V e/V0) 式中:Q 高吸水剂的平衡吸水率; V u 高聚物结构单元体积,L; i/V u 固定在高聚物上的电荷浓度,C/L; S 外部溶液的电介质离子强度,mol/L; V1 溶胀介质的摩尔体积,L/mol; (1/2-x1)/V1 水同高聚物交联网络的 亲和力; V e 交联聚合物的体积,L; V0 高聚物的总体积,L; V e/V0 高聚物的交联密度。 式中的第一项表示渗透压,第二项表示和水的亲和力,此两项之和表示吸水能力。 高吸水性树脂还具有反复吸水功能,释水后变为固态,再吸水又膨胀为凝胶。 2 SAR的分类 高吸水性树脂发展很快,种类也日益增多,并且原料来源相当丰富,由于高吸水性树脂在分子结构上带有的亲水基团,或在化学结构上具有的低交联度或部分结晶结构又不尽相同,由此在赋予其高吸水性能的同时也形成了一些各自的特点。从原料来源、结构特点、性能特点、制品形态以及生产工艺等不同的角度出发,对高吸水性树脂进行分类,形成了多种多样的分类方法[4]。2.1 按原料来源进行分类 随着人们对高吸水性树脂研究的不断深入,对传统的高吸水性树脂分为淀粉系列、纤维素系列和合成树脂系列的分类方法,已不能满足分类要求。因此,邹新禧教授结合自己的研究成果,提出了六大系列的分类。 26
高吸水性树脂在日用化学工业中的应用 作者：齐葳芊 摘要：高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，这种材料有很强的吸水性和保水性，它的吸水能力是可以达到自身重量的百倍以上的，而且是一种无毒无害无污染的材料。以前人们在使用高吸水性树脂的时候主要是在医疗用品和儿童的玩具上，但是随着科学技术手段的不断发展，这种高分子材料在使用的时候范围更加的广阔，已经不断应用到了日用化学工业中，例如日用化妆品的生产、除臭剂的生产和留香材料的生产。在日用化工中应用高吸水性树脂是非常有前景的，在应用的过程中要不断进行分析，使其发挥最佳的效果。 关键词：高吸水性树脂；日用化学工业；分析 高吸水性树脂因为自身的特点，它的发展速度是非常快的，而且在种类上也是非常多的，而且在原料商也是非常丰富的。科学技术的不断进步，人们对高吸水性树脂的研究也在不断的深入，这样就使得这种材料在很多的领域都得到了应用，其中在日用化学工业中的应用就是很有成果的。在日用化学工业中，应用这种材料主要是因为这种材料在吸水性方面是非常的突出，而且这种材料是无害的，在生产和使用中不会对人体带来影响。日用化学工业中，这种材料主要进行日用化妆品的生产、医疗用品的生产、杀菌剂的生产和儿童玩具的生产。在日用化学工业中，应用这种材料也是要进行一定的研究的，在进行生产的时候对出现的问题要及时进行解决，避免出现不必要的问题。 1 高吸水性树脂在日用化学工业中应用特点 在日用化学工业中应用高吸水性树脂进行生产可以达到不一样的效果，在进行化妆品的生产时，应用这种材料可以使化妆品在使用的时候感觉更加的湿润，而且在使用的时候可以更加的凉快。在进行化妆品生产的时候，经常会使用到水溶性凝胶，这种材料在空气中非常容易受到空气干燥环境的影响，出现无润滑性的凝胶。而在进行化妆品的生产时，使用高吸水性树脂就不会出现这种情况，而且在生产出来的产品中，它还可以起到油性物质的作用。高吸水性树脂在应用的过程中和其他的物质在相容方面是非常好的，这样的效果可以对化妆品的增稠效果进行提高。在应用高吸水性树脂进行医用水溶性润滑剂生产的时候，这种材料可以代替油性润滑脂，在使用的时候，避免出现油脂的污垢，影响使用效果。使用高吸水性树脂进行生产，生产出来的产品在储藏的时候，安全性更高，而且不容易出现变质的情况。 2 高吸水性树脂在日用化学工业上的应用 2.1 在化妆品生产中的应用 在化妆品生产中，高吸水性树脂可以作为化妆品的添加剂来进行应用。在制造化妆品的时候，一定要加入一些添加剂，使得化妆品的效果更好，同时对皮肤起到保湿的效果。在进行花露水的生产时，一定要加入人工香料，同时还要加入酒精溶液，这样是为了更好的使花露水达到清凉消毒的作用。但是在花露水生产
第1节医药卫生用品方面的应用 由于高吸水性树脂无毒、无刺激和高度生物相容的特性，在医疗卫生用品领域得到了最为广泛的应用。人们利用高吸水性树脂作为吸收材料吸收尿液、血液、药物，制作如卫生巾、尿布、餐巾纸、失禁垫片、医用药棉等。 高吸水性树脂的超强吸水能力和保水能力使得生理卫生方面的产品大大轻薄化、小型化、舒适化，消除了人们很多苦恼。经过最近20年来的高速发展，高吸水性树脂在全球范围实际产量已达年产100万吨以上，其中80%～90%左右用于卫生领域。在美国、日本、欧洲等发达国家和地区用高吸水性树脂作卫生材料已经普及，成为日常生活的一种基本材料。用于卫生材料的高吸水性树脂要求吸水速度快，吸水量大，吸水后形成的凝胶有一定强度，加压保水性好、尽可能高的生理盐水的吸液倍率，并且吸水树脂吸水后表面干爽性好。水溶液聚合法经粉碎得到的高吸水性树脂一般粒径在100μm—1000μm之间，粗细粉末混杂在一起，在吸水时，细的颗粒由于表面积更大，吸水速度快，优先膨胀形成凝胶，这些凝胶包裹在粒径较大的树脂颗粒周围，形成“生面团”，阻止水快速向大粒径颗粒内部渗透，既影响了吸水速度，也降低了吸水后颗粒的干爽性。这种粉碎所得的“初产品”基本不具备满意的使用价值。虽然有文献表明改变交联剂可以增加树脂的吸水速率，但这种方法对卫生材料用的树脂增加的吸水速率是不明显的。国内外的研究表明，通过引入表面处理的工艺，对吸水树脂颗粒的表面进行第二次交联，形成外部交联度高，内部交联度低的“核壳”结构，可以极大地改善吸水后颗粒的干爽性、保水性。在增加的这种后处理过程中使用亲水性的小分子物质，同时加快了水在颗粒间和颗粒内的传导速度，使吸水速度提高很多。虽然这种后处理对粒子表面交联形成“核壳”结构，限制了树脂颗粒自由膨胀能力，但能够使树脂在压力下吸收能力提高而得到补偿。 近年来在缓控释药物中作为药物的骨架载体的合成类亲水性高分子有相当一部分属于高吸水性树脂。在该领域享有盛名的美国古立德公司（Goodrich Corp）的系列交联丙烯酸聚合物carbopol就是缓控释骨架材料的典范。聚丙烯酸类的高吸水性树脂有良好的生物相容性、生物粘附性，发达国家近十几年来采用这类材料制备的靶向给药系统（targeting drugsystem.TDS or Targeted Drug
收稿日期：2008-12-24 作者简介：倪靖滨（1968-），男，高级工程师，主要从事辐射加工研发 工作。 文章编号：1002-1124（2009）04-0046-03 高吸水性树脂又称高分子吸水材料（SAP ），是 一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度网络结构的高分子聚合物[1]，是一类新型的功能高分子材料。它具有吸水量大和保水性强两大特点,它可以吸收比自身重量高几百到几千倍的水,而且所吸入的水在适当的压力下也不会被挤出。这是传统的吸水材料如纸、海绵、泡沫塑料等所无法比拟的。SAP 的研究与开发只有几十年的历史。目前，在国内主要还是用于卫生巾和纸尿布。 随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，对SAP 的需求量大大增加。2000年,中国卫生巾消费量将达310亿片，其中超薄型卫生巾占卫生巾总量的30％，每条超薄型卫生巾用量按1g 计，需要1万t SAP 。中国每年出生婴儿2000万人，有30％的婴儿使用布及片，每人一年用300片，每片用6g SAP ，则需要1万t SAP 。60岁以上老人1.2亿，加上失禁病人，所需成人垫片数量不断增加，至少需要600t SAP 。我国农作物种子年需求量700万t ，其中商品种子350万t ，生产种子包衣的企业约60家，种衣剂年产量达1万多吨，其中需要SAP 1500t ，水稻旱育秧苗需500～1000t 。我国人多地大，又是一个缺水国家，今后加大西部开发，对SAP 的需 求量将会迅速增加。 在SAP 性能方面，由于SAP 是一种高分子电解质，吸液率受离子强度影响较大，普遍存在耐盐性能差，通常只有吸纯水的10%甚至更低，而且随盐溶液浓度增加吸液率显著降低，在实际应用中S A P 接触的几乎都是离子溶液，提高SAP 耐盐能力是急需解决的问题；吸水倍率和吸水速度是SAP 的主要性能指标，离子型SAP 吸水倍率高，但吸水速度慢，而非离子型SAP 则正相反。二者性能均优的SAP 也是目前研究的方向；另外，SAP 吸水时颗粒间渗透性差、易形成内干外湿的“面粉团”而影响使用。因此，综合性能好的SAP 成为研究人员的主要研究内容。 1SAP 的种类 SAP 可以根据各种各样基准进行分类[2]。从原料方面大致可分为淀粉、纤维素、合成聚合物等；从离子种类可分为阴离子（聚丙烯酸、聚磺酸盐、丙烯酸的接枝、丙烯酸共聚合等）、阳离子（季铵盐等）、两性、非离子（聚乙烯醇、聚丙酰胺、聚氧乙烯等）4个类型；从交联方法上可分为交联共聚、自交联、辐射交联、水溶性聚合物交联或引入疏水性基团或结晶结构等；从产品形态上可分为：粉末状、球形、无定形、膜状、纤维状等。 现在市售的SAP 大都属于阴离子和非离子型， 高吸水性树脂在卫生用品上的应用 倪靖滨1，李红2，张晓东1，高德玉1 （1.黑龙江省科学院技术物理研究所，黑龙江哈尔滨150086；2.黑龙江大学化学化工与材料学院，黑龙江哈尔滨150080） 摘要：本文综述了高吸水性树脂在卫生用品方面的应用，分类，合成方法、国内外发展现状，最新发展 动向以及应用前景。 关键词：高吸水性树脂；卫生用品；儿童尿布；卫生巾中图分类号：TQ320.79 文献标识码：A Superabsorbent polymer for sanitary application NI Jing-bin 1，LI Hong 2,ZHANG Xiao-dong 1,GAO De-yu 1 (1.Technical Physics Institute of Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150086,China; 2.College of Chemistry and Chemical Engineering Material ， Heilongjiang University,Harbin 150080,China)Abstract:This article reviewed the application of superabsorbent polymer in sanitary field.The classifica －tion,preparation method,the present statues and future development of SAP in the world were introduced. Key words ：superabsorbent pelymer;sanitary;diaper;sanitary towel Sum 163No.04 化学工程师 Chemical Engineer 2009年第4期 DOI:10.16247/https://www.doczj.com/doc/315104857.html,ki.23-1171/tq.2009.04.009
苏州大学本科生毕业设计（论文） 高吸水性树脂的制备和应用 目录 中文摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章前言 (2) 1.1 高吸水性树脂简介 (2) 1.2 高吸水性树脂分类 (3) 1.3 高吸水性树脂主要的聚合方法 (3) 第二章实验部分 (4) 2.1 实验试剂及仪器 (4) 2.2 主要实验 (4) 第三章结果与讨论 (4) 3.1 反应温度对反应时间的影响 (5) 3.2 引发剂用量对高吸水性树脂吸水倍率的影响 (5) 3.3 交联剂用量对高吸水性树脂吸水率的影响 (6) 3.4 丙烯酸和丙烯酰胺的单体比例对高吸水性树脂吸水率的影响 (7) 3.5 丙烯酸中和程度对高吸水性树脂吸水率的影响 (7) 3.6 反应温度对高吸水性树脂吸水率的影响 (8) 3.7 是否通氮气保护对反应的影响 (8) 3.8 结构表征 (8) 第四章高吸水性树脂的应用和发展方向 (9) 4.1高吸水性树脂的特殊而又广泛的应用领域 (9) 4.2高吸水性树脂未来的发展方向 (10) 第六章结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
中文摘要 采用水溶液聚合法，以N，N 一亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂，过硫酸钾(KPS)或过硫酸铵（APS）为引发剂合成了高吸水性树脂聚(丙烯酸一丙烯酰胺)(P(AA—AM))，研究了单体配比、丙烯酸中和度、引发剂及交联剂用量、反应温度对树脂在去离子水和0．9％盐水和自来水中吸水率的影响．最佳条件下制备的树脂在去离子水中吸水率为1200 。 关键词:水溶液聚合丙烯酸丙烯酰胺合成吸水率 ABSTRACT By solution polymerization ，using N,N一methylenebisacrylamide (NMBA ) as crosslinking agent，Potassium persulfate (KPS) , Ammonium persulfate(APS) as an initiator Synthesis of superabsorbent poly (acrylic acid a acrylamide)(P(AA-AM)), study the monomer ratio, and the degree of acrylic acid, initiator and crosslinker, the reaction temperature on the resin in deionized water and 0.9% saline and tap water in the water absorption. Resins prepared under optimal conditions in deionized water absorption is 1200. Keywords: Solution polymerization Acrylic acid Acrylamide Synthesis Water absorption
高吸水性树 脂的制备与应用研究 高材1203 庞进20120221172 摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。 关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构 1 高吸水性树脂的分类 高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。 1.1 按原料来源主要分类 1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。 2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。 3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。 1.2 按亲水基团的种类分类 ①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等； ②阳离子系：叔胺类、季胺类等； ③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等； ④非离子系：羟基类、酰胺基类等； ⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。 1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。 2 高吸水性树脂的发展
2.1国外发展 上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论[1]，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。 高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[2]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。首次开发成功后，世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。 1975年美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直到1978 年才由日本的三洋化成工业率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一次性尿布，于1979年在日本名古屋投产了1000吨/年的生产设备，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们的重视。高吸水性树脂的发展也随之进入了一个新的时代。 70 年代末美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型的高吸水性树脂，其吸水能力高达2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物的大门。 80年代出现了以天然化合物及其衍生物为原料(藻酸盐、聚氨基酸、壳聚糖、蛋白质等)制取的高吸水性材料，同时，出现了高吸水性复合材料，由于它能改善吸水性材料的耐盐性、吸水速度、水凝胶的强度等许多性能，所以发展迅速。 90年代初，吸水性树脂的研究更是突飞猛进。最新开发了对环境友好的聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解的复合纤维或无纺布材料、高吸水性树脂泡沫、芳香性卫生用品、室内装饰性凝胶材料等。目前，日本触媒、三洋化成及德国Stockhausen 三大生产集团掌握了全球高吸水树脂70%的市场，他们之间均以技术合作方式，进行着世界性国际联合经营，占居了世界主要技术和市场。 在过去将近20年中，世界高吸水性树脂的市场需求持续强劲增长是全球高吸水性树脂的生产能力和趋势，从1986年世界高吸水性树脂产量不足0.5万吨/年，到2001年为125万吨/年。目前全球对高吸水性树脂生产和需求几乎是直线上升趋势。在本世纪，随着北美、西欧高吸水性树脂市场逐渐进入成熟期，以及亚太和拉美等新兴市场的快速发展，全球对高吸水性树脂的需求将急剧膨胀，全世界对高吸水性树脂的需求将不断增加。 2.2国内发展 我国从80年代才开始研制高吸水性树脂，1982 年中科院化学研究所的黄美玉等在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂，80年代后期己有20多个单
高吸水性高分子材料 材料学吕岩 1411093004 摘要： 在这篇综述中，探究的领域是高吸水性高分子材料，其中主要指的是高吸水性树脂。大体概述了其发展、结构，分类，吸水原理等；及几类简单的高吸水性树脂的制备方法。如淀粉类、纤维素类、共聚合类等。高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、医疗卫生、园艺、建筑材料、食品加工等多个领域。 关键词：高吸水性树脂原理性能制备广泛应用 Super absorbent polymer materials Material science lvyan 1411093004 Abstract: In this review, I explore the area about super absorbent polymer materials, mainly refers to the superabsorbent resin. Generally overview of its development, structure, classification, principle of absorbing water, etc.; And at the same time introduce some simple method of preparation of superabsorbent resin. Such as starch, cellulose, copolymerization, etc. Super absorbent resin is a kind of new functional polymer material, because it can absorb hundreds to thousands of times the mass of the water, and it has good water retention. So it has been widely used in agriculture, health care, gardening, building materials, food processing and other fields. Keywords: Super absorbent resin Principle Performance Preparation Super extensive applications
实验十一. 高吸水树脂—聚丙烯酸钠的制备 （半开放研究型实验） 【实验目的】 1. 了解高吸水树脂的制备方法。 2. 了解高吸水树脂的吸水原理及影响因素。 【实验原理】 高吸水树脂是一种三维网状结构，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。要具有这种特性，其分子中必须有强吸水性基团和一定的网络结构，即具有一定的交联度。研究表明，吸水性基团越强，含水量越多，吸水率越大，保水性越好。而交联需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减少，使吸水率明显降低。 高吸水性树脂按原料来源可分为三类：淀粉系列、纤维素系列和合成系列。前两类是以淀粉或纤维素为底物，接枝共聚上亲水性或水解后有亲水性的烯类单体；后一类多是用丙烯酸盐轻微交联制得。合成系列高吸水性树脂较之淀粉系、纤维素系吸水高分子，聚合工艺简单，单体转化率高、吸水能力高、保水能力强，是目前超强吸水材料的主体产品；淀粉接枝共聚生产的高吸水性树脂吸水和保水率强，也已用于工业化生产；纤维素来源广泛，有降低成本、废物资源化和成为环境友好材料的潜力。 1.高吸水树脂的吸水原理 从化学组成和分子结构分析来看，高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，因为吸水树脂上含有多个亲水基团，故首先进行水润湿，然后水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。分子中的亲
第41卷第5期2012年5月 应用化工Applied Chemical Industry Vol．41No．5May 2012 收稿日期：2012-03-08修改稿日期：2012-03-19基金项目：山西省科技攻关项目（20100311117） 作者简介：龚吉安（1988－），男，浙江义乌人，太原理工大学在读硕士研究生，师从赵彦生教授，主要从事水溶性高分子材 料及塑料改性方面的研究。电话：132********， E －mail ：gja568429874@163．com 高吸水性树脂的发展及研究现状 龚吉安，李倩，赵彦生 （太原理工大学化学化工学院，山西太原030024） 摘要：高吸水性树脂是一种含有强的亲水性基团并具有一定交联度的功能高分子材料，来源丰富，用途广泛。概 述了高吸水性树脂的性能特征、吸水机理。重点介绍高吸水树脂在国内外的发展及研究现状，并对高吸水树脂的研究开发前景进行了探讨。 关键词：高吸水性树脂；吸水机理；研究现状中图分类号：TQ 638；TQ 324．9 文献标识码：A 文章编号：1671－3206（2012）05－0895－03 Development and research of super absorbent polymer GONG Ji-an ，LI Qian ，ZHAO Yan-sheng （College of Chemistry and Chemical Engineering ，Taiyuan University of Technology ，Taiyuan 030024，China ） Abstract ：Super absorbent polymer is a kind of having hydrophilic group and cross-linked functional poly-mer material ，widely used in many fields such as sanitary goods ，sealing composites and medical drug-de-livery systems．Absorbing water mechanism and properties of super absorbent polymer were discussed．Research progress of different kinds of super absorbent polymers at home and abroad were introduced ，and the possible development in the future was predicated． Key words ：super absorbent polymer ；absorbent mechanism ；research current situation 高吸水性树脂是具有良好的吸液性能和保水性能的高分子聚合物的总称。能够迅速吸收并保持大量水分而又不溶于水的低交联度树脂，含有强吸水性基团的三维网络结构， 通过水合作用，快速地吸收自重十几倍乃至上千倍的水，是一类集吸水、保水、缓释于一体的功能高分子材料。高吸水性树脂与普通吸水材料， 如海绵、硅胶、活性炭和脱脂棉等相比，具有吸水倍率高、吸水速率快、保水能力强等优点，广泛用于农业园林、食品加工、土木建筑、医疗卫生、石油化工以及日用化工等领域［1-3］ ，并仍在向更广阔 的应用领域拓展。 1高吸水树脂的吸水机理 高吸水性树脂是由三维空间网络构成的高聚 物， 它的吸水既包含物理吸附，又包含化学吸附。Flory-Huggins 热力学理论［4］从聚合物凝胶内外离子浓度差产生的渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时的最大吸水性。公式如下 ： 式中， Q 表示吸水倍率，V e /V 0表示交联密度，（1/2－x 1）表示对水的亲和力， i /V u 表示固定在树脂上的电荷浓度， S 表示外部溶液电解质的离子强度，V u 表示单体单元（结构单元）的摩尔体积。式中分子第一项表示渗透压，第二项表示和水的亲和力，此两项之和表示吸水能力。 林润雄等 ［5］ 在Flory- Huggins 热力学理论基础上， 利用溶液热力学理论和交联网络的弹性自由能，推导出如下公式 ： 式中，ρ2表示高聚物的密度，V 1表示溶剂的摩尔体积， M e 表示交联高聚物交联网络的大小，x 1表示交联高聚物与溶剂的相互作用参数。
高吸水性树脂 高吸水性树脂是一种典型的功能高分子材料，能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分或数十倍的盐水，通常又称为“高吸水性聚合物”、“吸水性高分子材料”、“吸水性高分子树脂”或者“超强吸水剂”等。 高吸水性树脂与普通吸水或吸湿材料，如脱脂棉、海绵、琼脂、硅胶、氯化钙和活性炭等相比，具有吸水速度快、保水能力强等特点，可以广泛应用于农业、林业和日常生活等领域中。而普通水或吸湿材料一般只能吸收自身质量的几十倍或仅仅十几倍的水分，并且容易在加压时失水，保水能力很差，其开发应用因此受到了很大的限制。 高吸水性树脂发展很快，种类也日益增多，并且原料来源相当丰富，由于高吸水性树脂在分子结构上带有的亲水基团，或在化学结构上具有的低度联度或部分结晶结构又不尽相同，由此在赋予其高吸水性能的同时也各自形成了一些各自的特点，从不同角度出发，就形成了多种多样的分类方法。 按原料来源进行分类。按照原料来源对高吸水性树脂进行分类，在高吸水性树脂的发展过程中，人们的分类方式也是随着发展水平的提高而不断变化和完善的。日本的温品谦二曾将高吸水性树脂分为淀粉系列、纤维素系列和合成树脂系列三个系列。后来，邹新禧结合高吸水性树脂的发展和自己的研究成果，从原料来源的角度提出了六大系列，即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系、蛋白质系、其他天然物及其衍生物系和共混物及复合物系。
按亲水化方法进行分类。高吸水性树脂在分子结构上具有大量的亲水化化学基团，这些化学基团的亲水性很大程度上影响着高吸水性树脂的吸水保水性性能，如何有效获得这些化学基团在高吸水性树脂化学结构上的组织结构，充分发挥各化学基团所在亲水点的效能，也是影响高吸水性树脂性能的重要方面。因此，为了获得具有良好性能的高吸水性树脂，需要从亲水性化学基团的选择和化学结构的组织构造两个方面进行考虑，即从亲水化方法考虑。从这个角度，可以将高吸水性树脂分为两大类。 亲水性单体直接聚合法：选择丙烯盐酸、丙烯酰胺等亲水性良好的单体，直接进行均聚合或者进行共聚合反应，获得如聚丙烯盐酸、聚丙烯酰胺或者丙烯酸/丙烯酰胺共聚物等高吸水性树脂。 疏水性聚合物亲水化方法：将疏水性或者亲水性差的聚合物进行改性处理，在分子结构上强化该聚合物的亲水性，以使之达到作为高吸水性树脂的要求，主要方法有：羧甲基化反应、亲水性单体接枝聚合法以及化学基团的水解反应法。 按交联方式进行分类。高吸水性树脂交联控制是控制其空间组织结构状态的重要方面，主要目的是为了形成适量的交联点，由此构成聚合物网状化的结构。这种交联点可以是化学交联点，也可以是物理交联点，而交联点的形成与高吸水性树脂的化学结构紧密相关。关联点密度（即称交联度）的大小直接影响高吸水性树脂的吸水与保水性能。 依据交联点形成方式即交联方式的不同，高吸水性树脂主要可以
高吸水性树脂的性能及应用 叶良隐 02300021 [摘 要]综述了高吸水树脂的制备、结构及吸水机理，介绍了高吸水树脂在各方面的应用，并提出了目前的主要研究趋势。 [关键词]高吸水树脂；吸水机理；发展；制备；应用。 高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物(SuperabsorbentPolymers ),简写为SAP。它是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物，不溶于水也不溶于有机溶剂，能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性,一旦吸水膨胀成水凝胶 ,即使加压也难以将水分离出来。同时 ,高吸水性树脂可循环使用。因此 ,越来越受到人们的关注。目前 ,超强吸水树脂已在工业、农业、林业、卫生用品等领域中得到广泛应用 ,并显示出更为广阔的发展前景[1]。 1.SAR的结构与吸水机理 1.1 SAR的交联网络结构 SAR 与传统的吸水材料不同，它可以吸收比自身重几百倍甚至几千倍的水。在处于吸水状态时其保水性好，在压力下水也不会从中溢出。而传统的吸水材料只能吸收自身重量的 20倍的水。树脂的高吸水性主要与它的化学结构和聚集态中极性基团的分散状态有关，它具有低交联度亲水性的三维空间网络结构[2]。它是由化学交联和聚合物分子链间的相互缠绕物理交联构成。吸水前，高分子链相互缠绕在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固程度；吸水后，聚合物可以看成是高分子电解质组成的离子网络和水的构成物。在这种离子网络中存在可移动离子对，它们是由高分子电解质离子组成的[3]。 1.2 SAR的吸水机理 关于SAR的吸水机理存在不同的说法。其中有两种占主要地位，金益芬等[3]认为SAR吸水有3个原动力：水润湿、毛细管效应和渗透压。高吸水能力主要由这3个方面的因素决定。水润湿是所有物质吸水的必要条件，聚合物对水的亲和力大，必须含有多个亲水基团（如—
高吸水性树脂的制备 ：伟然学号：0908010121 摘要：本文介绍了高吸水性树脂的分类、性能及在各面的应用。对高吸水性树脂的合成法进行了综述。 关键词：高吸水性合成树脂；合成法 Abstract: This paper introduces the way to classify super absorbent polymers and the application and properties of super absorbent polymers. Summarizing means about synthetizing super absorbent polymers. Key words: super absorbent polymers; means about synthetizing 1 高吸水性树脂的简介 高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物(Super absorbent polymers)，简写为SAP。它是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物，不溶于水也不溶于有机溶剂，能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性，一旦吸水膨胀成水凝胶，即使加压也难以将水分离出来。 1.1 SAP的分类 按原料来源可分为淀粉类、纤维素类、合成树脂类和其它天然高分子类。按亲水化法可分为四大系列，分别是亲水性单体的聚合物，疏水性聚合物的羧甲基化反应物，疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体共聚物，含腈基、酯基、酰胺基的高分子水解反应物。按交联法分类为用交联剂进行网状化反应、自交联网状化反应、放射线照射网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构等四种。按亲水基团的种类可分为含有羧酸、磺酸、磷酸类的阴离子系，叔胺、季铵类的阳离