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
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、- CONH2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：
丙烯酸（化学纯）、氢氧化钠（化学纯）、过硫酸铵（分析纯）、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺（分析纯）、Span-60（化学纯，成分为单硬脂酸脱水山梨醇酯）、吐温40（化学纯，成分为聚氧乙烯山梨酸醇酐酯）、碳酸钙、环己
烷、无水氯化钙（化学纯）、甲基橙、甲基蓝、品红等指示剂。
铁架台（带铁夹、铁圈）两个、三口烧瓶一个、100度温度计一支、不同大小烧杯若干、石棉网一个、玻璃棒一支、搅拌器一台、回流冷凝装置一套、250mL容量瓶一个、分析天平一台、托盘天平一台、专用药匙若干、恒温烘箱一台。
PH试纸、配色用颜料若干种。
（二）、实验原理：
丙烯酸类吸水剂是以丙烯酸为原料，通过聚合的方法制造吸水性材料的，而聚丙烯酸盐就是其中一种，制造聚丙烯酸类吸水剂所用的原料有单体、交联剂、引发剂以及碱等。在本实验中，我们所用的单体为丙烯酸（CH2=CH-COOH），引发剂为过硫酸铵（NH4S2O8），交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，碱为氢氧化钠，其制造原理为自由基连锁聚合反应，反应原理为：
它是利用在丙烯酸盐聚合时进行剧烈反应，就可得到不溶性聚合物。其网络结构示意式如下：
其主链上的—COOH、—COONa基团是影响树脂吸水性的主要基团，交联剂则在形成网络密度方面起重要作用。如交联剂使用得当，即能形成合适的高分子网络和网络密度，从而达到一定的吸水性能，交联剂分子链的长短、反应基团的活性及所含亲水基团的数目，都对树脂的吸水性能产生较大的影响。
（三）、制备方法和步骤：
1、在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中加入一定量环己烷和Span-60，搅拌下加热到45℃，使Span-60充分溶解。
2、在一个洁净烧杯中加入一定量的丙烯酸, 然后缓慢滴加浓度为30%的氢氧化钠溶液, 使其中和度为60%—90%。并向该烧杯中加入去离子水将单体（即丙烯酸钠）浓度稀释至30%—60%, 冷却至室温后加入交联剂N, N’- 亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵。
3、在连续通入氮气保护氛围下,向反映器中加入以上溶液, 加热至反应温度，即75℃，使反应持续进行。
4、反应结束, 得到粘稠凝胶体, 将其真空干燥后粉碎，并进行性能测定和研究。
本实验中，我们想到用连续的惰性气体——氮气作为保护气体，能使反
应器中的氧气等排出，并使其中的反应物充分接触和反应，以改变产物的结构和性能，提高产物的交联程度，从而提高其性能。
（四）、产品性状：
产品聚丙烯酸钠为无色、无味、透明状粉末，吸水后体积明显膨胀呈透明的弹性水凝胶状。
四、产品性能测试
（一）、对去离子水的吸液率：
吸水率是吸水剂(树脂) 的关键指标。吸水率是指1g树脂在一定温度、时间下所吸收离子水的量，可按如下公式计算：
称取1g树脂置于1000mL烧杯中,加入1000 mL 去离子水,静置1h后用100目尼龙布袋滤去多余的去离子水,量出滤液体积，然后按以上公式求树脂的吸液率Q 。
表1 树脂的吸水率测试数据记录表
实验组数 1 2 3 4
PH值 5.0 6.0 7.0 9.0
）/（g） 2.0125 1.8732 1.4651 0.8795
产物干重，（m
1
吸水后质量，（m
）/（g）110.2 116.6 99.4 49.5
2
吸水倍率，Q/% 5376 6125 6685 5528
观察以上数据，我们可以发现，我们的产品的吸水倍率最多只有六十多倍，性能还有待改进，而且我们发现，PH值控制在6—7范围内时产品的吸
水倍率最高。
（二）、树脂的保水率：
称取一定量充分吸水的树脂凝胶，放入恒温烘箱中，在120度下恒温干
燥，测定不同时间树脂凝胶的质量，保水率可按如下公式计算：
实验称取2.6125g 干燥产品，充分吸水后质量为m 2=150.2g 。
表2 树脂的保水性测试数据表
时间
20min 30min 40min 50min 70min 80min 90min 100min 质量m 1
108.2 106.4 104.4 101.2 98.6 96.8 94.6 91.2 保水率 98.2% 96.6%
94.7% 91.8% 89.5% 87.8% 85.8%
82.8% 0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
0204060
80100120时间（分钟）保水率
图1 120摄氏度下树脂的保水率变化曲线
由表2数据和上图可知，聚丙烯酸钠高吸水性树脂的保水性能较好，即
使在120℃下干燥100分钟后其保水率仍达82.8%。实验中我们还观察到，随
着温度的升高，其保水率呈下降趋势。可见合成树脂的保水性能很好;而在较
低温度下,保水能力更强。因此,合成树脂的保水性能较好。
（三）、树脂的吸水速率：
下图是第3组树脂吸去离子水的速率曲线。在30分钟内的吸水率达到
极大值，然后逐渐达到平衡值。树脂的吸水速率与其表而形态关系很大，通过实验和观察，我们发现，粒细的产物吸水率较快。
图2 第3组产品的吸水速率曲线
（四）、树脂的耐盐性能：
将一定质量充分吸收去离子水的凝胶置于100目尼龙布袋中, 将尼龙袋置于0.9%NaCl水溶液中,每隔一定时间称取尼龙袋中凝胶质量。按如下公式计算失水率：
失水率=(最初凝胶质量- 凝胶质量)/ 最初凝胶质量×100 %
图3 树脂的耐盐性能曲线
由图3可知, 有极少量盐存在, 树脂会在10 min 内失去80 %左右的水,所以树脂的耐盐性能较差。我们还可以看出，高吸水性树脂在0.9%NaCl溶液中的吸液率比在去离子水中的小得多，大体上是后者的1/10，故而中和度、
丙烯酸浓度以及引发剂用量等因素对树脂在0.9%NaCl水溶液中吸夜率的影响趋势大致与去离子水的情况相同，与其他高吸水性树脂对0.9%NaCl水溶液的吸液率相比，本方案合成的树脂具有较高的吸液率。从上图中还可发现，吸去离子水倍率最高的树脂，其0.9%NaCl水溶液的倍率并非最大，故其影响因素比较复杂。
五、实验的影响因素探索
（一）、交联剂用量对树脂吸水率的影响：
交联密度决定了立体网络的分子链间网格空间的大小, 直接影响树脂的吸水能力, 而交联密度的大小取决于交联剂的用量。由图4可知, 交联剂最佳用量为0.3%,此时吸水率最大。这是因为树脂是三维立体网络结构。当交联剂用量太少时, 聚合物未能形成网络结构, 宏观上表现为水溶性。随着交联剂用量的增加, 分子链网络逐步形成, 故吸水率逐渐上升。到能完全形成三维网络结构时, 吸水率达到最大值。随着交联剂用量的进一步增加, 聚合物网络结构中的交联点增多, 交联点之间的网链变短, 网络结构中微孔变小,
故吸水率逐渐下降。
表3 交联剂用量对应树脂的吸水率数据
交联剂用量% 0.2 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 吸水率% 150 180 220 190 130 110 100
图4 交联剂用量对树脂吸水率的影响
（二）、引发剂用量对树脂吸水率的影响：
引发剂用量会影响到反应速率、转化率和分子量的大小, 所以选择适当的引发剂用量十分重要。
表4 交联剂用量对应树脂的吸水率数据
交联剂用量 0.2 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
吸水率（倍） 125 120 130 150 170 165 160
图5 引发剂用量对树脂吸水率的影响
由图5可知, 引发剂最佳用量为0.42%左右, 此时吸水率最大。这是因为引发剂用量较小时, 反应活性中心少, 反应速率慢, 甚至不反应, 导致转化率及交联度均低, 故吸水率也低。而且由于引发剂少, 引发反应困难, 诱导期相对较长, 造成反应积累到一定程度突然快速反应, 产生爆聚。引发剂用
量太多时, 反应活性中心多, 反应速率快, 反应转化率也较高, 但生成的聚合物分子量较小, 甚至会出现水溶性, 吸水率相应也低。由于反应速率快, 产生大量反应热不易及时散失, 容易导致反应产生爆聚。
（三）、单体浓度对树脂吸水率的影响：
单体浓度的变化主要影响反应的散热情况和聚合物分子量的大小, 也影响生产效率和后干燥处理。由图6可知, 最佳单体浓度为55%, 此时树脂的吸水率最大。这是由于在溶液聚合中, 单体浓度低时, 聚合反应速率慢, 聚合物分子量小, 甚至溶于水, 故吸水率较低。而且由于单体浓度低, 生产效率低, 同时也给后面干燥工序增加负担。单体浓度过高时, 由于聚合过程中散热困难,易引起爆聚, 产生大量酸酐副交联, 而使吸水率较低。
表5 不同单体浓度对应的树脂的吸水率数据
单体浓度% 35 40 45 50 55 60
吸水率（倍） 130 138 170 179 180 125
图6 单体浓度对吸水率的影响
（四）、丙烯酸浓度对树脂吸水率的影响：
由图7可知，水相中丙烯酸的浓度对吸水性树脂的吸水率有较大影响。
在我们所研究的浓度内（34%--46%），丙烯酸浓度的提高将引起树脂吸水率
的下降。当浓度超过43%时树脂的吸水率降低明显。这些结果表明，水相中
丙烯酸的浓度的大小直接影响到树脂的交联度：浓度越高，交联度越大，吸
水率就越低。实验中我们还发现，丙烯酸的浓度在35%--43%范围内，树脂
的吸水率较高，在38%--43%范围内，树脂的吸水率变化不大。
表6 不同丙烯酸浓度对应树脂产品的吸水率数据
丙烯酸用量/% 34 36
38 44 47 52 54 68 75 87 吸水率（倍） 172
162 154 138 128 116 110 101 92
75 60
90
120
150180
020*********
丙烯酸用量/%吸水率(倍)
图7 丙烯酸浓度对树脂吸水率的影响曲线
（五）、反应时间对树脂吸水率的影响：
为考察反应时间对吸水速率的影响，在相同的中和度（PH=5），交联
剂质量分数（0.01%），引发剂质量分数（0.1%）和加料方式下，对不同反
应时间下生成的树脂的吸水率进行如下比较。
表7 不同反应时间对应的树脂产品的吸水率数据
反应时间/h 1.00 1.25
1.50
2.00 2.50 吸水率（倍） 47.5
49.6 53.8 51.3 48.8 结果表明，树脂在吸水的初始阶段吸水速率较快，随着吸水时间的增长，
树脂趋于饱和，吸水速率下降。吸水后84摄氏度下树脂中的水分损失很慢，
树脂的保水性能稳定。反应时间为1.5h 的树脂吸水率为5376%，而反应2h
的树脂吸水率为4879，延长反应时间可以大大提高吸水率。这可能是由于在引发剂质量分数较低（0.1%）的情况下，反应时间短，聚合物尚未完全形成三维网状结构，吸水率较低；随着反应时间的延长，聚合物逐步形成较完全的三维网状结构，吸水率上升。因此，反应时间对产物的吸水率亦有较大的影响。
六、高吸水性树脂的应用
由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有吸水量大、保水性强和清洁、卫生、安全无毒等特点, 它在很多领域已被广泛应用,其产品形态很多,不同的形态分别满足不同的用途。
（一）、日化工业中的应用
聚丙烯酸钠高吸水性树脂在日化工业中应用最为广泛,如化妆品方面,在制造护肤霜、香水和花露水等化妆品的过程中可加质量分数0.15 %～1.10 %的高吸水性树脂,既可防止香料和酒精的挥发又可保持香味持久,还能起到保水增稠、滋润皮肤的作用。由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有亲水性基团,使其在水、酒精中的溶解性好,因此用它作头发定型剂,在干燥时有耐潮性,但洗发时又具有亲水性易去除。在染发剂中加入聚丙烯酸钠高吸水性树脂,可提高染发效果;此外，高吸水性树脂还可作为增稠剂、杀菌剂来配制营养型药物型化妆品。
在留香材料方面,利用高吸水性树脂对香料有较好的吸附作用和缓慢释放作用,制成的空气新鲜胶、飘香纸和芳香凝胶片的香味持久。
（二）、在食品加工方面的应用
增稠剂聚丙烯酸钠是具有亲水基团的高分子化合物，缓慢溶于水形成极
粘稠的透明溶液，其不像羧甲基纤维素钠和海藻酸钠那样吸水膨胀，而是由于分子内有许多亲水基团(羧基) ，使分子伸展开来，形成高粘性溶液。其粘度是羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的20倍，长期放置粘度变化极小，不容易腐败，安全无毒，被广泛用于食品添加剂，如可以增加果汁的粘度，改善它们的外观和口感。从2000年开始，我国卫生部已经正式批准聚丙烯酸钠为食品级增稠剂。
（三）、在农林与园艺方面的应用
高吸水性树脂可用于农作物育种。将树脂凝胶涂敷在种子表面,利用其吸水保水作用, 提高种子发芽率和发芽速率，或可作为化肥缓释剂,如把固氮细菌或植物生长微量营养元素与树脂混合使用可提高作物产量。
高吸水性树脂还可用做土壤保湿剂,改良沙土地和土壤造田,这对人多地少的我国具有深远意义。在人工造林中,用聚丙烯酸钠高吸水性树脂处理种树,可提高飞机播种出苗率;在苗圃移植之前用高吸水性树脂处理幼苗根部, 可防止根部水分的遗失,提高幼苗成活率, 我国在这方面的应用尚处于实验阶段。
（四）、在医药卫生方面的应用
由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水后形成的凝胶比较柔软, 具有人体适应性, 如对人体皮肤无刺激、无副作用、不引发炎症且不引起血液凝固等, 这些都为其在医药方面的应用创造了条件。
近年来聚丙烯酸钠高吸水性树脂已初步应用于医药的各个方面, 如用于保持部分被测液的医用检验试片; 制成含水量大、使用舒适的外用软膏; 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和棉球; 能使水分
和药物通过而微生物不能通过的抗感染性人造皮肤、人造骨骼、人工肌肉等; 此外，聚丙烯酸钠高吸水性树脂在隐形眼镜和缓释药物基材等制造过程中也已得到广泛应用。
（五）、在石油化工与土木建筑方面的应用
土木建筑方面, 利用高吸水性树脂的水膨润性能, 可制备水溶性密封胶、密封件、管路施工润滑剂和顶板衬垫止水板等, 达到“以水制水”的目的; 还可用于制备高强度混凝土、嵌条玻璃表面防雾剂等。更由于其超强的吸水性能，高吸水性树脂被广泛应用于石油工业中作为采油堵水剂。
此外聚丙烯酸钠高吸水性树脂还可用于人工降雪、电子材料、涂料及消防等各个领域。
七、前景展望
总之，高吸水树脂因为其高吸水性及其良好的热稳定性和保水性能使得其目前已在日常生活用品、医药卫生用品、农林园艺、土木建筑、轻工化工、石油化工等领域发挥着不可替代的作用。尤其是在我国这样一个缺水的国家，在农业及沙漠绿化方面高吸水树脂更显示出其神奇的作用，特别是我国即将举办2008年奥运会，“科技、人文、绿色”的奥运理念要求我们更加重视北方地区日益严重的沙尘暴的治理和生态环境的保护，新型功能材料高吸水性树脂作为一种生态环境材料恰恰可以在沙尘暴治理和生态环境保护方面发挥其独特的作用，因此，我们相信，高吸水树脂的应用及推广将会为人类社会的前进做出巨大的贡献。
但目前由于国内产品性能欠缺而不能应用于卫生用品方面，这方面使用的吸水剂全部依靠进口。2002年的一份调查报告显示，广东珠江三角洲一
带的10多家拥护均使用日本某公司的产品，而进口产品的售价为2.0—2.5万元/吨，国内吸水性树脂的生产成本一般在1.2—1.5万元/吨，市场售价为1.8—2.2万元/吨。由于国内产品性能差和造价高，我国吸水剂产业处于不利的局面。因此如何改善产品性能、提高产品质量已成为亟待解决的问题。
八、参考文献
1、张会宜，《聚丙烯酸钠应用状况》载于《材料科学化工之友》，2007年第9 期。
2、张宝华、周美玲，《丙烯酸系高吸水性树脂的合成与性能》载于《上海化工》，2000年8月出版。
3、刘延伟，《国内外高吸水性树脂最新发展动向》，载于《化工信息》2000年第19、20期。
4、潘海宇，吴振刚，《高吸水性树脂吸水性能的改进》，载于《华北煤炭医学院学报》2006年7月第8卷第4期。
5、王直刚，《高吸水性树脂的合成与应用》，载于《石油化工》1996年第25期。
6、蒲敏、王海霞，《吸水性凝胶材料的研究现状与发展趋势》，载于《材料导报》1997年第43期、第44期、第45期。
7、路继美，《微波法合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂》，载于《高分子材料科学与工程》1996年四月第55期。
8、韩慧芳, 崔英德, 蔡立彬，《聚丙烯酸钠的合成及应用》，载于《日用化学工业》。
九、鸣谢
本实验项目自申报成功以来，得到了化学化工学院化学实验教学中心左晓玲老师和廖刚教授等各位老师和化学化工学院团总支姚伟宁老师的大力支持和悉心指导，我们在这里表示衷心的感谢！并对长期以来给予我们帮助和配合的同学们深表谢意！
另外，由于实验者水平有限，数据处理环节的表格和各种函数曲线图在绘制和扫描加入实验报告时不太清晰，给大家的阅读造成的不便敬请谅解！
The super-absorbent-polymer’s preparation,performance-testing
and it’s application
Abstract: Take hexamethylene as continuous phase, Span-60 as a suspension stabilizer, ammonium persulfate as the initiator , N,N ' - the methyl radical double allyl amine as thinuous appearance crosslinking agent, being in progress to high water absorption of opposition suspension polymerization preparation sodium polycrylate sex resin. That result indicates the major factor that affected the plasthetics water absorption rate is the cross-linked agent mass fraction, water absorption extremely large value appears on the water absorption rate thinking that the cross-linked mass fraction is 0.015%, and also that the water-absorption rate may reach 500g/g when the initiator quality score is 18% time obtainedresin the reflecting temperature is under the control of 75 degrees centigrade. To synthetic super absorbent resin, we can discover that the resin preliminary stage absoring water speed is quicker, and gradually drops with time
lengthensalong, after resinabsoring, water saturated moisture content loses very slowly, in 100min only loses 17.2% under 120 degrees centigrade.
Key words: high hygroscopicity resin, acrylic acidsodium, polyacrylate acid sodium, Span-60, crosslinking agent, dispersingagent, initiator.
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：
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
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
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
材料物理性能思考题 第一章：材料电学性能 1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？ 2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？ 3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？ 4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、 简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。 5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋 的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？ 6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何 为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？ 7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由 电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。 8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面 有何异同点？
9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关 系？ 10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律 是什么？何为材料的能带结构？ 11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下 会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。 12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？ 13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质 量？其物理本质是什么？ 14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。 15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同 点？ 16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义
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/eb8305271.html,ki.23-1171/tq.2009.04.009
《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基
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。
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。 热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容：压力不变时求出的比热容。 比定容热容：体积不变时求出的比热容。 热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。 反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，比其它各项磁自由能大102～104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。 磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；