淀粉类高吸水性树脂
淀粉类高吸水性树脂
摘要：讨论了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展，重点介绍了化学引发接枝聚合淀粉接枝丙烯腈类树脂、淀粉接枝丙烯酸类树脂、淀粉接枝多元单体类树脂、复合型淀粉接枝脂类树脂的研究现状，并指出了今后我国淀粉类高吸水性树脂的合成应该向以变性淀粉为原料、多元接枝共聚和制备复合型树脂的方向发展。
高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料，它具有非常强的吸水能力，能吸收自身质量几十倍乃至几千倍的水，这是以往任何吸水材料无法比拟的。高吸水性树脂不但吸水能力强，而且保水能力非常高，吸水后，无论施加多大的压力也不脱水，因此又被称为高保水剂。由于高吸水性树脂既具有独特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点，即有良好的加工性能和使用性能，因此，已广泛应用于农、林、园艺、医疗、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、美容、化妆、建材、生化技术、食品等领域。国内对高吸水性树脂的研究虽仅有20年的历史，但发展迅速，并已取得了一定的成果。
高吸水性树脂可以通过溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合等方法制得。根据原料不同，高吸水性树脂主要分为淀粉、纤维素和人工合成三大系列。由于淀粉广泛存在于生物界，原料来源广泛，种类多，产量丰富，特别是我国农业产品资源极为丰富，而且它在生物降解和原料的再生性方面具有其他类树脂不可比拟的优越性。因此研究和开发淀粉类高吸水性树脂有重要意义。本文主要介绍了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展。
1国内外发展状况
早在1961年，美国农业部北方研究所Fanta GF等对以淀粉与丙烯腈为原料，通过铈盐引发把丙烯腈接枝共聚到淀粉上作了大量的研究工作。1975年日本三洋化成株式会社的增田房义研究了淀粉接枝丙烯酸钠共聚物超强吸水剂，并于1978年以IM一300代号投放市场，其吸水能力为300 g／g，后来又研制出32—1000，吸水率达1 000倍。当时日本的住友化学、明成化学等公司以不同的原料开发吸水性材料。此后世界各国对高吸水性树脂品种、性能和应用等方面进行了大
量的研究，其中以美国和日本取得的成效最大。我国的高吸水性树脂研制工作起步较晚，始于80年代，华南工学院张力田教授于1982年对国际上有关吸水性
树脂所取得的成就作了综述，1988年我国开始有高吸水性树脂专利。从80年代开始至今对高吸水性树脂进行研究的单位和企业有30余家。如苏州大学以丙烯酸为主要原料，研制了粒径为1．57 mm、吸水率为1 500 g／g左右的大粒径高吸水性树脂。李平、修国华等以丙烯酸钠聚合物为主要部分，在水性溶剂环己烷中经反相悬浮聚合反应制备了高吸水性聚丙烯酸钠，不仅对纯水，而且对盐水、人体尿等各种电解质水溶液也具有很强的吸水能力，并具有良好的凝胶强度及适宜的发粘感。目前北京轻工业学院等单位进行的“九五”重点课题——“高吸水性树脂在农业上的应用技术”的研究，已经过中试进入后期的应用试验阶段。近年来国内外引入了微波合成技术，使得高吸水性树脂的合成有望实现清洁节能化工艺，并可降低生产成本，大规模推广应用前景光明。还有研究人员探索采用其他辅助技术，如丙烯酰胺固相超声波法合成、7射线照射淀粉接枝丙烯酸C9J、紫外光引发淀粉接枝丙烯腈以及超临界流体中的高吸水树脂生产等。通过在吸水理论指导下进行分子设计和形状设计，能得到比较优化、高效且实用的高吸水材料。
2淀粉类高吸水性树脂的吸水机理研究
2．1网状结构作用
淀粉类高吸水性树脂在结构上含有大量的亲水基团如羧基与酰胺基，并具有适当的三维交联网状结构。它的吸水，既有物理吸附，又有化学吸附。当高分子遇水时，亲水基团与水分子进行水合作用，在高分子网状结构内外形成离子浓度差。即高分子网状结构中有一定数量的亲水离子，使网状结构内外产生渗透压，渗透压作用使水分子向网状结构内渗透。同理，如被吸附水中含有盐时，渗透压下降，吸水能力降低。高吸水性树脂的三维空间网状结构的空隙越大，吸水率越高，反之，空隙越小，吸水率越低。进入树脂内的一部分水分子与其中亲水基团缔合成束缚水，另一部分则以“自由水”的形式存在。高分子网状结构限制了水分子的运动，故吸收的水在加压下不会被挤出，显示良好的吸水性能。
2．2 Flory公式及相转变理论
Flory在1953年运用弹性凝胶理论推出了高吸水性树脂溶胀能力的数学公式。该公式定量地给出了高吸水性树脂的吸水倍率和交联度、对水的亲和力、外界离子强度、固定在树脂上的电荷密度问的关系。由公式可知，交联密度增加，树脂
的吸水能力降低，但树脂必须有一定的交联度，以保证树脂只溶胀，不溶解。赵妍嫣等¨’根据高吸水性树脂吸液过程中溶液电导率的变化及离子对高吸水树脂吸液率的影响规律，推测静电斥力和渗透压是影响高吸水树脂吸水的主要因素。在树脂吸液饱和后，水凝胶的电导率仍大于溶液，但此时渗透压提供的动力不能克服收缩力时，树脂吸液便达到饱和。说明树脂吸液能力的大小取决于溶液离子浓度和树脂中离子型基团数量，要提高树脂吸液率，应增加树脂中离子型亲水基团的含量。交联度太大时，树脂网状结构收缩力大，不利于树脂吸液；但交联度太小时，树脂不能形成合适的网状结构，也不利于树脂吸液。因此，可以选择
合适的交联剂，控制交联密度，使吸水性树脂具有最高的吸水率。另一重要理论基础是田中叟一的相转变理论。将凝胶浸在溶剂中，若溶剂的组成和温度缓慢改变，凝胶的体积也缓慢变化，但这种变化是不连续的，称为凝胶的相转变
现象。高吸水性树脂作为凝胶，也存在相转变现象。该理论认为：随着外界条件的变化，凝胶体积的改变由凝胶的渗透压所决定。当凝胶处于平衡状态时，其渗透压
等于零。由凝胶的体积变化动力学可知凝胶的粒径越小，膨胀和收缩越快。凝胶的扩散系数因凝胶的状态所处相图的不同位置而完全不同。
2．3溶液热力学理论
从热力学观点看，化学位△矿<0或自由焓AG。<0时，水在高分子相中稳定，水能渗入高分子相中，使体系自由能降低，直到平衡(△p4=0)为止。如果水从中逸出，则化学位△矿>0或自由焓△G。>0，水在高分子相中不能稳定存在。
3化学引发淀粉接枝共聚高吸水性树脂
化学引发方法多采用水溶液引发，是较成熟的方法。化学引发方法分为2步：淀粉与接枝单体发生接枝共聚；共聚物在交联剂作用下形成高分子网络结构。其生产工艺较多，但聚合原理基本类似。
3．1淀粉接枝丙烯腈类树脂
1969年美国农业部北方研究所最初使用ce4+作为引发剂，使淀粉与丙烯腈接枝共聚制得淀粉一丙烯腈共聚物，开创了淀粉接枝高吸水性树脂的研究领域。Ce4+作引发剂是一种应用广泛、接枝效率较高的方法。ce4+的引发活性高，但价格也高，工业应用受到一定限制。为降低成本，一方面在ce4+引发体系中加入廉价过硫酸盐把ce3+氧化成ce4+，昂贵的硝酸铈铵可循环使用，既保持了较高的接枝率又降低了产品成本；另一方面人们研究Mn3+引发体系如KMn04、
K3[Mn(c204)3]、Mn[(H2P207)3]3一等，其特点是价格低廉，但引发活性不如硝酸铈铵，因此研究新的引发剂十分必要。
上述制备过程中，当加入强碱进行皂化水解时，由于反应物料非常黏稠，导致操作控制十分困难。因此，许多研究者提出了一些改进工艺。美国Gain Pmcessing公司在水一甲醇溶液中使反应物呈膨胀分散状态，具有易制备的特点。可在淀粉接枝丙烯腈时，加入2一丙烯酰胺一2一甲基丙磺酸 (AA—SO，H)，当AA～SO，H的含量足够高时，所得共聚物不经皂化也具有吸水能力，可用作酸性高吸水性树脂。
中国科学院成都有机化学研究所公开的高吸水树脂制造方法(cN 1058972)，采用过硫酸铵或它的氧化还原体系为引发剂以降低产品成本。中国科学院成都分院分析测试中心公开的高吸水树脂制造方法(cN 1068339)，提供了一种与水不混溶的有机溶剂和强碱水溶液组成的分散体系，将淀粉一丙烯腈接枝共聚物呈颗粒状分散于有机溶剂中皂化，加入表面活性剂防止颗粒粘结，反应体系不出现黏度高、皂化不完全的情况，可直接获得应用广泛的颗粒状产品。
郝爱友等将p环糊精分子用环氧氯丙烷预交联后，与淀粉、丙烯腈混合，用硝酸铈铵作引发剂接枝共聚，经水解可制得具有疏水空腔的卢环糊精改性高吸水树脂。该树脂除具有良好的吸水和保水性能外，还对药物、香料等疏水性有机分子具有良好的包合或吸附作用。以上制备方法均须进行接枝聚合物的水解，产品须精制以除去有毒的丙烯腈。
3．2淀粉接枝丙烯酸类树脂
日本三洋化成工业(Sanyo Chefnjcal Industries)公司于1975年研制出淀粉接枝丙烯酸(钠)吸水树脂，并于1978年以IM一300牌号投放市场，该产品吸水率为300倍，后来研制的IM一1000的吸水率为1 000倍。随后，许多公司纷纷开
展淀粉接枝丙烯酸(钠)高吸水性树脂的研究。淀粉接枝丙烯酸类树脂的合成工艺相对简单，产品成本低，毒性低，因此成为淀粉类高吸水性树脂的主导产品。三洋化成工业公司的制备方法是，采用铈盐(或辐射)引发淀粉、丙烯酸及交联剂进行接枝聚合，经中和、干燥后得到产品，之后又改进成连续聚合方法。1981年瑞典的B．RaIlby等用Mn3+作络合剂以降低产品成本，生产出不同系列的产品。该类制造方法及工艺是先接枝聚合，再用碱中和，这就使聚合反应系统呈酸性，设备必须耐酸；另一方面，在共聚反应中加交联剂，反应后是固体悬浮液，用碱中和，耗时长，且不易控制所要求的pH值。其改进方法的主要特点是，将丙烯酸用碱中和后，再加入反应器中，使反应系统在中性或弱碱性环境中进行聚合，因此设备不易被腐蚀，碱中和丙烯酸在液相中进行，容易调节所要求的pH 值。
北京化工研究院以丙烯酸和金属氢氧化物及淀粉为原料，采用不锈钢或搪瓷衬里的聚合反应器，在低浓度的水溶液中进行聚合。该方法克服了中等和高浓度丙烯酸盐或淀粉接枝丙烯酸盐聚合反应不易控制，聚合反应热难以排除和聚合产物十分黏稠的问题。其缺点是须去除较多水分，耗能较大。若将淀粉和单体的水溶液分散在烃类分散介质中，加入表面活性剂搅拌分散成悬浮液，然后加入引发剂，加热聚合，也可得到高吸水性接枝产物，此聚合称为反相悬浮(乳液)聚合。采用反相悬浮聚合，可克服水溶液接枝聚合所带来的困难：接枝产物黏度高，产物处理困难。现在采用反相悬浮聚合淀粉接枝丙烯酸 (盐)的研究愈来愈多。廖列文等合成淀粉接枝丙烯酸钠超强吸水剂，吸生理盐水加压保水率达75％～90％。鉴于采用常规方法合成淀粉接枝丙烯酸钠高吸水性树脂在吸水凝胶水溶性和加压保水性方面尚不尽如人意，他们在接枝过程中，加入少量N，N’一亚甲基双丙烯酰胺，并在高温下使聚合反应和干燥一步完成。这样合成的淀粉接枝丙烯酸钠高吸水性树脂在吸水凝胶水溶性和加压保水性方面均比常规方法合成的产品更好。
3．3淀粉接枝多元单体类树脂
目前，吸水性淀粉接枝多元单体类树脂如淀粉一丙烯酸一丙烯酸酯接枝共聚吸水性树脂等正在迅速发展。周明等以硝酸铈铵作引发剂，N，N’一亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，采用玉米淀粉与丙烯酰胺、丙烯酸在水溶液中接枝共聚合成了高吸水性树脂，在5％Nacl水溶液中吸水率达58倍，在15％Nacl水溶液中吸水率达38倍。张荣明等在合成淀粉接枝型高吸水性树脂过程中，引入丙烯酸羟乙酯和二甲基二烯丙基氯化铵2种单体，目的是使得到的高分子链上带有不同的亲水性基团以提高树脂的耐盐能力。淀粉与多组分单体的接枝共聚，对于改善吸水性树脂的吸水能力、保水能力以及加工性能、机械性能等具有重要作用，可根据用途的不同，采用合适的单体进行组合，与淀粉进行接枝共聚在淀粉分子上赋予多个功能基团，可创造出更适用的优良吸水性材料。这是淀粉系超强吸水剂今后的发展方向。
3．4复合型淀粉接枝树脂
目前研究的一个新动向是利用无机材料与有机材料复合或有机材料与有机材料复合，在复合的同时淀粉参与接枝聚合反应制备复合型高吸水性树脂，不但提高了树脂的吸水和保水性能，也降低了生产成本。如周锰等采用黏土合成黏土一有机高吸水性树脂复合材料。在室温下，该复合材料在饱和状态可吸蒸馏水4 000倍，不但提高了树脂的性能，也降低了成本。再如魏月琳等采用水溶液聚合法，以硝酸铈铵为引发剂，N，N’一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在淀
粉接枝丙烯酰胺的基础上添加矿物粉体，制备出的黏土一有机树脂复合材料具有较高的吸水和保水性能。而张保华等采用淀粉与纤维素共混后与丙烯酸接枝制备了性能优良的共混高吸水性树脂。
4 应用途径
4.1 个人卫生用品和医用材料
这方面对高吸水性树脂的需求量最大，约占总需求量80%左右。它主要用于生产纸尿布、卫生巾和成人失禁垫片。可以使产品减轻重量，提高吸液量和保水能力，并且具有干爽、卫生和舒适等优点。在医用材料方面，它可以用来调节血液中水分含量，缓慢释放药物。
4.2 农业和园艺上的应用
由于高吸水性树脂在土壤中形成团粒结构，增加土壤透水和透气性，缩小土壤昼夜温差，同时，还能吸收肥料和农药，使之缓慢地放出，提高它们的效果，促进种子发芽和植物生长发育，因此高吸水性树脂在这方面主要用作土壤保水剂和改良剂，以及种子包衣剂。将高吸水性树脂与复合肥一起配置成“抗旱增效复合肥”，用于盆栽花卉，可避免经常浇水施肥，起到抗旱保肥的效果，满足花卉对各种肥料元素的需要，使花卉花美枝壮。用它种植蔬菜，可提高蔬菜收获量2 ~ 3 倍，并明显地减少灌溉费用。
4.3 在工业上的应用
在食品工业中，尤其在保鲜方面，采用高吸水性树脂，其使用效果比聚烯烃薄膜有效。在建筑和地下工程中，将它混在水泥中胶化，可用作墙壁连续抹灰的吸水剂。还可用作防火涂布材料。在日用化学工业方面，利用它的高保水性、增稠性和缓释性，可作为添加剂用于化妆品中，保持香味持久，保水增稠，滋润皮肤，并防止在贮存中变干。将它与乙酸共聚物混合，用吹塑成型法可以吹塑成放在水中自行涨大的膨胀玩具。另外，它还被广泛地用于电子材料、涂料、印刷与记录材料等工业领域。
5 发展新动向
淀粉类高吸水性树脂。由于其降解性好，对环境友好，成为吸水树脂领域的研究重点。我国淀粉原料十分丰富，为合成这类高吸水性树脂提供了优越的条件。目前我国在这方面研究与开发还处于起步阶段，尤其在农业上应用还基本是空白。将淀粉类高吸水性树脂应用于农业，需要解决降低成本和提高产品适应各种土壤环境、水质条件和重复吸水的能力，以及减少在应用中霉变等方面的难题。目前国内外研制的各种高吸水性树脂大都对去离子水或蒸馏水有较高的吸水率，吸盐水率却降到1 / 10 ~1 / 50。这就造成在实际应用中大打折扣。要解决以上难题可以从以下几个方面进行研究，作者认为这也是目前这类高吸水性树脂的发展方向：
（1）选择引发效率高成本低的引发剂，增加淀粉用量。目前一种研究的新动向是利用无机或有机复合材料和树脂物理混合，或参与聚合反应制备复合型高吸水性树脂。如华侨大学的周锰等采用黏土为复合材料合成黏土- 有机树脂高吸水性复合材料。在室温下，该高吸水性复合材料在饱和状态可吸蒸馏水4000 倍，不但提高了树脂的性能，也降低了成本。
（2）改进工艺路线。如采用分项控制接枝交联新技术，或采用Ca（NO3）2，AiCi3·12H2O和甘油等表面交联吸水性树脂，提高吸水速率。也可以将反应的料液混合均匀后直接加入转鼓反应器，或采用不锈钢盘，或表面涂有不粘涂层的盘子中在干燥箱中鼓风反应，使反应和干燥一步完成，简化工艺，缩短反应
时间。
（3）采用变性淀粉为原料，或淀粉和多种单体多元接枝共聚，来提高树脂的吸水性能，扩大其适用范围。
总之，由于淀粉类高吸水性树脂具有较好的吸水和保水能力，对它的研究越来越受到各国的重视。尤其将它用在农林业上可以提高树木的成活率，治理土地沙化，具有很高的社会效益和经济效益。目前对它的研究主要集中在合成和应用上，而理论研究相对滞后，这方面的文献不多。主要采用的理论依据是弹性凝胶基本理论和Fiorry 的膨胀公式。这在很大程度上会影响淀粉类高吸水性树脂的发展。因此加强这方面的研究显得十分迫切。
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
神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂 随着科学技术和国民经济的发展，高分子材料已经渗透到各个领域。各种塑料制品、薄膜、人造皮革、合成橡胶、合成纤维等已经成为人们生活中不可缺少的材料。功能高分子材料是20世纪60年代发展起来的新型领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。 功能高分子有时也称为精细高分子或特种高分子，至今还没有一个准确的定义，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。 高吸水性树脂就是一种新型的功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，最高可以达到5300倍
的水，即使挤压也很难脱水，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。 高吸水性树脂的种类很多，所用原料及工艺方法也各不相同。主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接校共聚物类等，此外还有与橡胶共混的复合性吸水材料。在上述各种类型中，研究开发较多的为聚丙烯酸酯类。该树脂系以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。由于工艺较为简单，易于操作，制得的树脂吸水率高，生产成本较低，因此发展非常迅速。 高吸水性树脂是一种白色或徽黄色、无毒无味的中性小颗粒。它与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通过化学作用吸水的。所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水，因此可用作农业、园林、苗不移植用保水剂。在蔬菜，花卉种植中，预先在土壤中撒千分之几的高吸水性树脂，可使蔬菜长势旺盛，增加产量。在植树造林中，各种苗木移植期间往往因为保管不善而干枯死亡。如
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
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
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/7f3474089.html,ki.23-1171/tq.2009.04.009
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
-- 聚丙烯酸高吸水性树脂的制备 何琪琪 摘要 淀粉类高吸水性树脂，由于其降解性好，对环境友好，成为吸水树脂领域的研究重点，并取得了较大的研究成果。高吸水性树脂或水凝胶是一类重要的部分交联聚合材料，它能够吸收大量的液体，通常是水。高吸水性树脂的制备方法多种多样，商业上，高吸水性聚合物主要是以丙烯酸作为主要成分来生产的。本文是以过硫酸铵为引发剂，将淀粉与丙烯酸、丙烯酰胺在水溶液中接枝聚合制备高吸水性树脂，通过考察单体与淀粉、交联剂、引发剂的质量比、反应时间、反应温度等不同的影响因素，探寻制备高吸水性树脂的最佳工艺条件与方法，从而得到吸水率高、吸水性强且能够多次反复有效吸水的高吸水性树脂。 实验结果表明：当单体与淀粉的质量比为6-7，单体与交联剂的质量比为3-3.5，引发剂占单体的质量分数为0.5%，反应时间2.5-3h，反应温度60℃时，可以合成具有较好吸水性能的高吸水性树脂，在自来水中吸水倍率可达65- 75g/g。 关键词：高吸水性树脂；丙烯酸；丙烯酰胺；淀粉 --
-- 目录 摘要 ............................................................................................................... I Abstract .................................................................................. 错误!未定义书签。第1章引言 . (1) 1.1 论文选题缘由 (1) 1.2 课题的研究背景 (1) 1.2.1 国内外研究进展 (1) 1.2.2 高吸水性树脂的应用 (2) 1.2.3 高吸水性树脂的性能研究 (4) 1.3 (6) 1.4 (6) 1.5 今后产品研发的方向和展望 (7) 第2章实验部分 (9) 2.1 实验试剂 (9) 2.2 实验仪器 (9) 2.3 实验原理 (9) 2.4 实验步骤 (10) 2.4.1 丙烯酸中和 (10) 2.4.2 淀粉糊化 (10) 2.4.3 接枝共聚 (10) 2.4.4 吸水能力测试 ............................................. 错误!未定义书签。 2.4.5 接枝特征参数的计算 (10) 第3章 ................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.2 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.3 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.4 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.5 ................................................................................ 错误!未定义书签。第4章结论 (12) 参考文献 (20) 致谢 (14) --
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
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
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。