高吸水性树脂的制备

高吸水性树脂的制备本文介绍了淀粉类、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。

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，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[1]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。

高吸水树脂的制备及其性质研究高吸水树脂，也叫超级吸水树脂，是一种高分子材料，能够吸收数倍于自身重量的水或其他液体。

它具有良好的吸水性、保水性、离子交换性和吸附性等特点，因而被广泛应用于卫生、农业、环保、化工等领域。

本文将介绍高吸水树脂的制备、特性及其在实际应用中的优缺点。

一、高吸水树脂的制备高吸水树脂的制备方法较多，主要包括自由基聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法等。

以下将分别介绍这三种方法的原理及特点。

1、自由基聚合法自由基聚合法是目前应用最广泛的高吸水树脂制备方法之一。

该方法是利用双烯丙基醚、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺等单体和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）等交联剂在反应器中，在引发剂的作用下发生自由基聚合反应，形成高分子网状结构。

自由基聚合法的优点是操作简单、工艺成熟、产量高，且制备出的高吸水树脂具有较为均匀和稳定的孔隙结构、较高的吸水性能和化学稳定性。

但缺点也明显，由于聚合反应过程中存在多种副反应，如交联度不均、水解、分解等，导致产品品质不稳定，耐久性差，且合成出的高吸水树脂多为非无毒或半无毒的产物。

2、原位聚合法原位聚合法是在水溶液中通过加入不同的单体，即可得到高吸水树脂的制备方法。

该方法的关键在于加入丙烯酸及其衍生物、丙烯酰胺及其衍生物等水溶性单体，并反应后形成高分子材料的过程。

与自由基聚合法不同，原位聚合法需要在低温下进行反应，以控制高分子的交联度，并加入交联剂促进交联反应的进行。

原位聚合法的优点在于制备出的高吸水树脂结构较为优化，分子间的相互作用增强，吸水性能更好，且水分子运动更加自由，有利于离子交换反应的进行。

缺点是需要对反应温度、反应物和交联剂等进行较为严格的控制，否则会产生聚合不完全、交联不均和晶体生成等副作用。

3、悬浮聚合法悬浮聚合法是一种新型的高吸水树脂制备方法，主要通过将单体和交联剂等散布在水中，形成悬浮液，并在引发剂的作用下进行自由基聚合反应。

与自由基聚合法相比，悬浮聚合法的优点在于制备工艺简单、成本低、产能高，且吸水性能和耐久性都得到了很大的改进。

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。

分子中的亲水基团与水分子相互作用形成各种水合状态；而分子中的疏水性基团则易于折向内侧，形成局部不溶性的微粒结构，使进入网格的水分子由于极性作用而局部冻结，失去活动性，形成False ice结构。

高吸水性树脂的合成与性能研究摘要：高吸水性树脂是一类具有出色吸水性能的材料，正在广泛应用于许多领域，如卫生用品、农业、环境保护等。

本文旨在探讨高吸水性树脂的合成方法、性能及其在各个领域中的应用。

引言：随着科技的进步和人们对环境保护意识的提高，对高吸水性树脂这类具有独特性能的材料的需求不断增加。

高吸水性树脂能够吸收和保持大量的水分，具有较高的保水能力和稳定的化学性质。

因此，研究高吸水性树脂的合成方法和性能不仅对于材料科学的发展具有重要意义，也在实际应用中具有广泛的前景。

一、高吸水性树脂的合成方法高吸水性树脂的合成方法主要分为物理交联法和化学交联法两种方式。

1. 物理交联法物理交联法是通过聚合物间的相互作用力实现高吸水性树脂的制备。

其中，主要方法有自组装法、热交联法和辐射交联法等。

自组装法是将聚合物在适当的条件下，通过自身的分子间作用力形成交联结构的方法。

热交联法是通过热处理使聚合物颗粒之间产生交联结构的方法。

而辐射交联法则是通过辐射照射聚合物体系来形成交联结构。

2. 化学交联法化学交联法是通过在聚合物分子中引入交联剂进行交联反应来制备高吸水性树脂。

常用的交联剂有环氧化合物、异氰酸酯、有机过氧化物等。

化学交联法制备的高吸水性树脂具有较高的交联度和保水性能，但交联反应的控制较为复杂，合成条件较为苛刻。

二、高吸水性树脂的性能1. 吸水性能高吸水性树脂的主要性能之一是其出色的吸水性能。

当高吸水性树脂接触水分时，吸水性能会受到许多因素的影响，如温度、pH值、离子浓度等。

研究表明，高吸水性树脂的吸水性能与其交联度、孔隙率以及聚合物链的结构等有关。

2. 保水性能高吸水性树脂的保水性能是指其在吸收水分后能够保持水分，并不容易释放出来。

保水性能的好坏对于许多应用领域来说非常重要，如农业中的土壤保水、卫生用品中的液体吸收等。

许多研究表明，高吸水性树脂的保水性能与其交联度、孔隙率及分子链的结构有关。

3. 生物相容性高吸水性树脂在医学领域应用中的生物相容性是一个重要的考虑因素。

高吸水性树脂的制备和应用高吸水性树脂是一种具有极高吸水性能的新型材料。

它具有非常强的水吸附性和保水性能，可以在单体、乳液或粉末形式等多种形式出现。

高吸水性树脂被广泛应用于各种领域，如医疗、农业、环保等等。

本文将介绍高吸水性树脂的制备及其应用。

一、高吸水性树脂的制备高吸水性树脂的制备方法主要有两种，分别是物理交联法和化学交联法。

其中，化学交联法是最常用的方法。

1. 物理交联法物理交联法是将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液中加入一些交联剂，使得单体间形成物理交联点，从而形成高分子网络结构。

实验中可采用以下方法：（1）冻融法将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液冷冻至低于0℃，然后加热至30~40℃进行融化，反复进行数次，直到交联点足够稳定。

（2）加盐交联法在吸水性单体水溶液或水相悬浊液中加入一些盐类，使得单体形成物理交联点。

2. 化学交联法化学交联法是将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液中加入一些交联剂，在高温或室温下反应形成交联点。

实验中可采用以下方法：（1）自由基交联法使用引发剂进行自由基聚合反应，产生交联点。

通常使用双丙烯酰胺作为单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺或N,N'-亚甲基双丙烯酰胺偶氮联产物作为引发剂。

（2）离子交联法使用离子反应组成交联点，通常使用一些含有羟基的单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸和2-羟乙基丙烯酸等。

二、高吸水性树脂的应用1. 医疗用途高吸水性树脂被广泛应用于医疗领域，如医用敷料和尿不湿等。

吸收率高、吸收速度快、保持时间长等特点让它成为医疗敷料中重要的原料。

2. 农业用途高吸水性树脂可以被应用于土壤改良和植物生长促进。

在干旱或缺水期，将高吸水性树脂添加到土壤中可以提高土壤的保水性能，促进植物的生长。

3. 环保用途高吸水性树脂可以用于水处理和土壤污染治理。

它可以吸附有害物质、去除水的污染物和土壤中的重金属等。

高吸水性树脂作为一种新型的材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。

高吸水性树脂聚丙烯酸的制备化工系 毕啸天 2010011811一、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二、实验原理高吸水性树脂（Superabsorbent polymers ，简称SAP ），是一种能够吸收并保留相对于其本身质量要大得很多的液体的新型功能高分子材料。

属于水凝胶，能够通过和水分子连接的氢键吸收溶液。

因此，高吸水性高分子吸水能力受溶液离子浓度影响。

在去离子水和蒸馏水中，高吸水性高分子可以吸收500倍于本身重量（30-60倍于本身体积），但是如果放入0.9%盐水中，吸收能力下降到50倍于本身重量。

溶液中的价态阳离子的出现会妨碍高分子与水分子形成价键的能力。

总吸收性和膨胀能力由和高分子的交联类型和交联度所控制。

低密度交联高吸水性高分子通常具有较高吸水能力，并膨胀到比较大的程度。

高交联密度的高分子显示出来低吸收能力和膨胀能力。

胶的强度较强，能在适当的压力下保持颗粒的形状。

高吸水性树脂的性能包括树脂的吸收能力、吸液速率、保水能力、强度和稳定性等，其中吸水倍率是高吸水性树脂最重要的性能指标。

Flory-Huggins 公式可较全面的反映影响树脂吸水能力的各种因素。

吸收倍率Q （膨胀度）：1g 树脂所吸收的液体的量。

单位为g/g 或倍。

112m m m Q -=m 1为树脂（干态）质量，g ；m 2为树脂吸水饱和后的质量，g 。

()0e 1122/1u 3/5V V V x 21S 2V i Q ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≈反应方程：(NH 4)2S 2O 8N HN H O OCH 2CH CH 2CONH CH 2CONH CHCH-CH 2CH 2COO -CHCONH CH 2CH CONH CONHCH 2CONH CHCH 2CHCOO -CH 2CHCH 2三、实验药品性质表1.实验药品物性注：1、表中主要数据来自MSDS数据库，其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺来自Reaxys 数据库；2、表中密度均指相对密度，以水为基准1；3、表中熔点、沸点单位均为摄氏度。

高吸水性树脂的制备高吸水性高分子（Superabsorbent polymers，简称SAP，也叫高吸水性树脂，高吸水性聚合物），是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并能够吸收、保留相对于其本身质量要大得很多的液体的新型功能高分子材料。

传统的吸水性材料如棉花、纸张、海绵、泡沫塑料等吸水倍率均较低，一般只有自身重量的20倍，且稍加挤压，极易失去水分，与之相比，高吸水树脂具有独特的优势：不溶于水喝任何有机溶剂，但能吸收相当于其自身重量几百倍乃至几千倍的水；其吸收的水份不易用机械压力压出，具有优异的保水性能；在吸收水分后能形成一定强度的凝胶，对生物组织无刺激作用；使用方法简单，具有成本低、高效益的绿色环保性。

由于高吸水树脂具有以上的优点，已被广泛应用于生理卫生用品、农业园艺、沙漠防治与绿化、环境治理、建筑等领域，是今年来深受人们重视、发展较快的新型功能高分子材料。

现在全世界高吸水树脂的年生产能力已超过14万吨。

目前，美国和日本在高吸水树脂的研究开发方面居领先地位。

我国这方面的研究起步较晚。

高吸水性树脂根据原料来源，高吸水树脂可分为淀粉体系、纤维素体系和合成树脂体系。

高吸水性树脂（SAP）又称超强吸水剂，1. 淀粉接枝丙烯腈共聚物（HSPAN）这种高吸水树脂有美国农业部提供。

工业化后，商品名为“Super Slurper”。

生产过程是将淀粉在90℃水中糊化，加入丙烯腈，以硝酸铈铵为引发剂，在20-30℃下，进行接枝共聚反应，产物在强碱作用下水解，使接枝的聚丙烯腈部分转变为相应的聚丙烯酰和聚丙烯酸盐，然后用甲醇作沉淀剂，分离、干燥得到成品，所形成的聚合物可吸收600-1000倍的水分，但长期保水性不好。

2. 淀粉-丙烯酸盐接枝共聚生产过程与HSPAN相似，方法是使用淀粉和聚丙烯酸钠的水溶液经加热混炼，由于混炼加热，在高分子键上产生自由基，取代了通常的引发剂的作用，从而形成接枝共聚物。

通常教练机用环氧氯丙烷或氯化钙。