纤维素接枝高吸水树脂的制备及性能研究

⾼吸⽔树脂研究背景与意义本论⽂的研究⽬的就是充分利⽤纤维素这⼀可再⽣资源，在保留其原有吸⽔结构的基础上，通过接枝共聚改性使其亲⽔基团多样化，合成具有多种亲⽔基团的多元⾼吸⽔性树脂，在合成⼯艺和吸⽔性能⽅⾯进⾏⼀些探索研究。

纤维素主链的半刚性和良好的延展性能使合成的⾼吸⽔性树脂⽹络的稳定性和膨胀性能更好，起到桥梁作⽤，增加⽹络空间，提⾼树脂的吸⽔性能。

其研究意义在于，从20世纪60年代开始，⾼吸⽔性树脂是发展起来的新型功能⾼分⼦材料。

它的吸⽔保⽔性能⾮常优异，同时⼜具备⾼分⼦材料的优点，有良好的加⼯性能和使⽤性能，现已⼴泛应⽤于⼯业、农业、⾷品、医疗卫⽣、⽣活⽤品和环境保护等领域。

本研究在保持纤维素原有吸⽔结构的基础上，对其进⾏接枝共聚改性，⽤羧甲基纤维素接枝丙烯酸和丙烯酰胺制备多元⾼吸⽔树脂，并测出树脂的吸⽔倍数，考察⼀些因素对吸⽔倍数的影响，找出最佳实验⽅案。

制备多元⾼吸⽔性树脂的优化条件：羧甲基纤维素⽤量为1g，丙烯酸⽤量为4g，丙烯酸和丙烯酰胺的质量⽐为1:1，交联剂为0.04g，引发剂为0.18g，丙烯酸中和度为60%，反应温度为50℃，反应时间1.5h。

This thesis research purpose is to make full use of cellulose this renewable resources, keep its original in water, based on the structure of modification made by grafting polymerization hydrophilic groups, diversification, the synthesis of hydrophilic groups of multiple superabsorbent resin in synthesis process and bibulous, search some properties. The main chain of cellulose of semi-rigid and good ductility can make synthetic superabsorbent network stability and expansion, have better performance bridge, increase network space, improve the resin absorption ability. The research significance lies in the 1960s, from the start, the rise and development of superabsorbent resin is the new functional polymer materials. It is very outstanding, water retention performance but have the advantages of polymer materials, have good processing and workability, has been widely used in industry, agriculture, food, medicine and health, supplies and environmental protection etc.This study in keep cellulose based on the structure of the original water, and carry on the grafting polymerization modification, with carboxymethyl cellulose grafted acrylic and acrylamide preparation multivariate tall bibulous colophony, and measure the resin, examine some water to multiple factors influence of absorbing multiples, find out the best experiment scheme.Preparation multivariate superabsorbent resin optimality conditions: carboxymethyl cellulose dosage, acrylic dosage for 1g for 4g, acrylic and acrylamide quality ratio of 1:1, crosslinking agent for 0.04 g, initiator for 0.18 g, acrylic acid neutralization degree 60% for 50 ℃, reaction temperature, reaction time 1.5h.Carboxymethyl cellulose, Grafting polymerization, multivariate, Tall bibulous colophony⾼吸⽔树脂作为⼀种新型功能⾼分⼦材料⼀直受到⼴泛的关注和研究。

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 synthetizing1 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。

高吸水树脂的性能研究<em>打开文本图片集摘要：高吸水树脂由低分子单体丙烯酸与大分子母体马鈴薯淀粉通过本体聚合反应聚合而成。

利用扫描电镜、红外光谱仪、元素分析仪等分析手段对高吸水树脂进行表征，并通过合成普通高吸水树脂及含氮高吸水树脂测试了该树脂吸纯水、自来水、生理盐水、人工尿、人工血、不同的盐溶液中和不同pH 值溶液中的吸水性能的探究。

关键词：高吸水树脂；结构表征；性能探究；吸水速率；耐盐性1 引言高吸水树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）又称超强吸水剂，是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并且呈三维交联网状结构的功能性高分子电解质材料。

高吸水树脂的性能远优于传统的吸水材料如纸、棉花、海绵等，其优点和特点如下：不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收相当于其自身重量几百倍乃至几千倍的水；其吸收的水分不易用机械压力压出，具有优异的保水功能；在吸收水分后能形成一定强度的凝胶，且对生物组织无刺激作用；使用方法简单，具有低成本、高效益的绿色环保性[1]。

因其优异的亲水特性，高溶胀比和生物相容性，高吸水树脂被广泛应用于农业[2]、生物医学领域作为抗菌材料[3]、组织工程[4]，和生物传感器[5-6]，去除重金属[7]和药物传递[8-9]等领域是近年来深受人们重视、发展较快的新型功能高分子材料[10]。

2 实验内容2.1 高吸水树脂的合成2.1.1 合成方法普通高吸水树脂的合成[11]：将马铃薯淀粉和去离子水在搅拌下充分混合，加热糊化，然后冷却至室温。

加入提前中和好的丙烯酸、引发剂和交联剂，在氮气保护下于室温搅拌均匀混合。

搅拌下缓慢升温，当温度达到60℃时停止搅拌。

此后继续逐步升温，当温度达到90℃-100℃继续加热使其在该温度范围内反应1-2小时，停止通氮气，冷却至室温。

将产品取出，烘箱中烘干至恒重，粉碎，筛分出需要的粒度，即得高吸水树脂。

含氮高吸水树脂的合成[12]：将普通高吸水树脂用氨水浸泡一定时间，再用95%乙醇离析，干燥，粉碎，即得含氮高吸水树脂。

专论与综述我国高吸水性树脂的制备及性能研究进展杨晓玲(青岛化工学院化工系,山东青岛　266042) 摘　要:介绍了我国近20年来高吸水性树脂的研究情况。

关键词:高吸水性树脂;超强吸水树脂;接枝共聚物;吸水剂 中图分类号:T Q325 文献标识码:A 文章编号:1003-0840(2001)01-0016-04 近年来,一种新型的高分子材料以其优异的吸水性能和广阔的应用领域越来越受到人们的重视,并发展成为一个专门的科学领域,它就是高吸水性树脂,亦称超强吸水剂。

1　我国高吸水性树脂的制备研究 我国于80年代初开始进行高吸水性树脂的研究。

1982年中科院化学所的黄美玉等人[1]在国内最先合成出以二氧化硅为载体的聚- -巯丙基硅氧烷为引发剂,吸水能力为400倍的聚丙烯酸钠类高吸水性树脂,之后有关高吸水性树脂的专利和文献报道逐渐增多,在80年代后期已有20多个单位进行了开发工作,并有少数单位已进行生产。

90年代末我国已将其应用列为重大科技推广项目在农业方面应用。

如吉林省将其用于移植苗木,新疆、河南和甘肃等省用其改良土壤。

但由于目前高吸水性树脂的价格较高,至今收效甚微。

1.1　淀粉-丙烯腈接枝共聚 以淀粉-丙烯腈接枝共聚制备高吸水性树脂的单位有[2]:兰州大学、南开大学、上海大学、黑龙江科学院石化所、太原工业大学、湖北省化学研究所、海南师范学院、中科院长春应用化学所、宁夏计量研究所、中科院成都有机化学研究所、青岛化工学院[3]等。

制备实例[4]:将50g玉米淀粉与850m L蒸馏水调匀,加入三口烧瓶中,然后加入3g37%甲醛,水浴加热,搅拌成糊,冷却至室温,依次加入76g丙烯腈,14g硝酸铈铵溶液(1.25g硝酸铈铵用12.75 g1mo l・L-1硝酸溶解制得),搅拌均匀,用50%NaOH调至pH为7,通入氮气,在氮气保护下,至室温搅拌2h,加入200m L蒸馏水,水浴加热至82℃,保温搅拌20min,驱尽过量丙烯腈,加入100g 50%NaOH,升温至80～90℃,保温搅拌皂化2h,至出现淡黄色为止,用冰乙酸调pH至7,迅速加2000m L无水甲醇,搅拌下纯化,蒸出过量甲醇,冷却至室温,抽滤,于60℃真空干燥,制得的吸水树脂吸蒸馏水量为1650g・g-1,吸人工尿为130g・g-1。

101 高吸水性树脂的特点及性能高吸水性树脂的三维结构和亲水性基团使其具有很好的亲水特性，表现出很好的保水性和吸水性。

当高吸水性树脂吸收水分时，会膨胀成为一种水凝胶，即便是在压力作用下，水也很难从凝胶中分离出来[1]。

与传统的吸水材料相比较，高吸水性树脂的吸水速度更快，吸水量更多，能够达到其自身数量的百倍乃至千倍。

因此，高吸水性树脂被广泛应用于生理卫生用品、农林园艺以及医药等领域。

2 高吸水性树脂的种类2.1 淀粉类高吸水性树脂淀粉是一种广泛存在于植物中的天然高分子聚合物。

利用淀粉制备高吸水性树脂不仅能够降低生产成本，而且制备的高吸水性树脂具有较好的生物降解性。

淀粉类高吸水性树脂的主要合成方法是接枝共聚，淀粉在引发剂的作用下与乙烯类有机单体进行接枝共聚。

该反应主要利用偶氮类、过氧化物以及氧化还原类引发剂进行反应，在特殊的情况下也可采用辐射引发[2]。

吴瑞红[3]在采用过硫酸钾引发红薯淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚，实验结果表明，该高吸水性树脂具有较好的吸水性和耐盐性。

2.2 纤维素类高吸水性树脂纤维素的来源比较广泛，在市场上很容易获得，同时价格也比较便宜，在化学反应过程中自身的属性很容易发生改变。

因此，利用纤维素作为高吸水性树脂的原料也是一个重要的发展方向。

秦传高[4]在中以过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，麦秸秆纤维素和丙烯酸作为原料合成了高吸水性树脂，实验结果表明，该吸水性树脂对去离子水、自来水以及0.9%生理盐水的吸收率分别达到了322.7g/g、167.2g/g和30.6g/g。

2.3 合成树脂类高吸水性树脂合成树脂的发展起步比较晚，最开始是在日本及西方发达国家应用起来的。

目前，合成树脂类高吸水性树脂成为了主要的研究方向，其主要分为丙烯酸（盐）类、丙烯腈类以及聚乙烯醇类。

2.4 高吸水性树脂制备方法在使用高吸水性树脂时，由于对高吸水树脂的形貌、适用范围以及对其吸水能力的需求不尽相同，因此，在制作高吸水树脂时，要挑选针对性的合成工艺，其特性详见表1。

第23卷第6期河北工业科技V ol.23,No.6 2006年11月H ebei Jour nal of Industr ial Science and T echno log y N ov.2006文章编号:1008 1534(2006)06 0364 03高吸水性树脂的合成、性能及应用冯 薇1,葛艳蕊1,张林雅1,张炳烛2,王春芳1(1.河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄 050018;2.河北科技大学科研处,河北石家庄 050018)摘 要:综述了高吸水性树脂的吸水、保水原理及其分类情况,讨论了高吸水性树脂的合成方法,如溶液聚合法、反相乳液聚合法及反相悬浮聚合法等,简述了高吸水性树脂的应用现状和今后发展前景。

关键词:高吸水性树脂;吸水性;保水性;应用中图分类号:T Q326 文献标识码:ASynthesis,performance and application of super absorbent resin FENG Wei1,GE Yan rui1,ZH AN G Lin y a1,ZH ANG Bing zhu2,WANG Chun fang1(1.Colleg e of Chemical and P har maceutical Engineering,Hebei U niv ersity of Science and T echnolog y,Shijiazhuang H ebei 050018,China;2.Science and T echnolog y Office,H ebei U niv ersity o f Science and T echno lo gy,Shijiazhuang H ebei050018, China)Abstract:T he pr inciple of absor bing w ater and keeping up water o f super abso rbent r esins(SAR)and the classificatio n o f SAR w ere summarized.M ethods fo r prepa ratio n of SA R,such as liquor polymer ization,inver se phase emulsio n polymerization and inverse phase suspend polymer izat ion wer e rev iewed.T he applications and develo pment o f those r esins w ere also put fo r w ard.Key words:super abso rbent resin;the perfor mance o f absor bing w ater;the perfo rmance of keeping up w ater;a pplicat ion高吸水性树脂(Super A bsorbent Resin,简称SAR)是一种典型的功能高分子材料,也称超级吸水聚合物、超强吸水剂等,它能迅速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍的水分。

高吸水性树脂介绍与应用一、高吸水性树脂介绍：高吸水性树脂又称为超强吸水剂，是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。

不溶于水和有机溶剂，但具有吸水性和保水性亦具高分子材料的优点。

二、高吸水树脂的分类：高吸水性高分子材料按照原料的不同可以分3 类：淀粉系列、纤维素系列和合成系列。

前两类以淀粉或纤维素为主要原料，在主链上接枝共聚上亲水性或水解后为亲水性基团的烯烃单体；后一类主要由聚丙酸型树脂或聚乙烯醇型树脂为主要原料，经过适度的交联即可制得，近年来已经成为了高吸水性高分子材料的热点。

三、高吸水性树脂的结构：高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而能大量吸水膨胀，形成高含水凝胶。

高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性，这是因为其分子中含有强吸水性基团和一定的网络结构，即具有一定的交联度。

实验表明：吸水基团极性越强、含量越多，吸水率就越高，保水性也越好。

而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱除。

高吸水性树脂的微观结构因合成体系的不同而呈现出多样性。

大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团（如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等）的三维网状结构所组成。

吸水时，首先是离子型亲水基团在水分子的作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性。

由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，当交联密度较大时，树脂分子链的伸展受到制约，导致吸水率下降。

随着离解过程的进行，高分子链上的阴离子数增多，离子之间的静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部的阳离子浓度增大，在聚合物网络内外溶液之间形成离子浓度差，渗透压随之增大，使水进一步进入聚合物内部。

当离子浓度差提供的驱动力不能克服聚合物交联结构及分子链间的相互作用（如氢键）所产生的阻力时，吸水达到饱和。

四、高吸水性树脂的吸水机理：高吸水性树脂吸水机理有多种解释，其中有两种占主要地位。

一者认为高吸水性树脂吸水有3个原动力：水润湿、毛细管效应和渗透压。