高吸水树脂的制备——高化实验报告

高吸水性树脂的制备一、实验目标1．理解高吸水性树脂制备的基本原理；2．掌握实验室中沉析、真空干燥等常见的操作。

二、产品特性与用途高吸水性树脂或称超吸水性树脂（SAR），是指能吸收自身质量几百倍甚至上千倍水分的高分子聚合物，在日常生活、农业、医药及其他工业部门有广泛用途。

例如，高吸水树脂可用作香料载体、尿不湿的吸水材料；农业上用作园艺保水剂；工业上用作油水分离材料、污水处理剂、溶剂脱水剂；医药上用作人工肾脏过滤材料、血液吸附剂等，其很多用途正处于开发研究之中。

三、实验原理本实验以淀粉、丙烯腈为原料制备高吸水性树脂，主要的化学反应有两个，即接枝反应和水解反应。

接枝反应是以水为介质，以铈盐为引发剂，将丙烯腈接枝到已糊化的淀粉链上。

水解反应是在氢氧化钠的作用下，将接枝聚合物侧链上的腈基转变为酰胺基和羧酸盐基。

其反应式如下：接枝反应：R st +Ce4+Rst·+Ce3+(Rst代表淀粉，下同) 水解反应：作为吸水材料必须具备两个条件：一个是自身带有较多的吸水基团；二是本身不溶于水。

本实验制备的树脂是以淀粉为骨架，与丙烯腈接枝共聚成高分子化合物，不溶于水，侧链上的腈基又经过水解转化为亲水性很强的羧酸盐基和酰胺基，使其具有极强的吸水性。

因此，水解反应是使接枝共聚物实现其吸水性关键的一步反应，而水解反应条件选择的好坏直接影响到高吸水性树脂吸水性的高低。

四、主要仪器与药品1．主要仪器电热恒温水浴锅，电动搅拌器，500mL三口烧瓶以及氮气钢瓶等。

2．主要药品玉米淀粉，市售；丙烯腈，AR；硝酸铈铵，AR；氢氧化钠，AR；硝酸，AR；95%(v/v)乙醇，CP。

五、实验内容与操作步骤1. 称量淀粉10克装入三口烧瓶内，加200mL蒸馏水搅拌制成淀粉浆。

在氮气保护下，在80～85℃糊化30～40min，然后冷却到20～40℃。

2. 将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成0.1g/mL的溶液，取3mL硝酸铈铵溶液与16克丙烯腈混合，配制成丙烯腈的硝酸铈铵溶液。

11.高吸水性树脂的制备实验十一. 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。

聚丙烯酸-聚丙烯磺酸钠高吸水树脂的制备摘要：本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠为单体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠交联网络高吸水树脂。

实验结果表明，丙烯酸钠与丙烯磺酸钠两单体比例为5：1时，吸水倍率可达110倍。

反应温度60℃，丙烯酸中和度40%，交联剂用量1%，为最佳的反应条件。

关键词：高吸水性树脂，聚丙烯酸，聚丙烯磺酸钠高吸水性树脂是具有低交联度且含有亲水基的水溶胀型高分子聚合物，能够吸收自身质量的几百倍甚至上千倍重量的水[1]。

高吸水树脂在当今社会的应用越来越为广泛，其具有高能力的吸水性能与保水性能，已经引起了科学家的高度重视[2-4]。

目前，中国市场高吸水树脂需求量很大，但多数都是依赖于进口，中国在高吸水树脂生产制造方面相当落后，工业化规模小、产量低[5-6]。

因此，为促进我国高吸水树脂的产业化发展，需要加大对高吸水树脂的研究。

本文以丙烯酸、丙烯磺酸钠为单体采用溶液法合成了交联网络结构的高吸水树脂。

并探讨了温度、丙烯酸中和度、交联剂用量等因素对树脂性能的影响。

1.实验部分1.1实验过程在25ml的烧杯中加入适量蒸馏水和丙烯酸，加入一定量的NaOH调节丙烯酸中和度，待其溶解之后依次加入烯丙基磺酸钠、过硫酸钠及N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌使之溶解成均一溶液，调节水浴温度反应至形成稳定凝胶，再放入烘箱中干燥，即可获得聚丙烯酸/聚丙烯磺酸钠（PAA/PSA）高吸水树脂。

1.2表征方法采用Perkin Elmer1730 FTIR 仪对完全干燥的样品进行了红外光谱分析。

扫描范围为 400-4000cm-1。

选取一块完全干燥的样品称重，并记录其质量为m。

再将样品浸没在500ml的自来水中，每间隔一天称量一次吸水凝胶的质量直至达到吸水饱和，记录饱和凝胶的质量为m1，试样的吸水倍率ω可按式（1）进行计算：图1 PAA/PSA树脂的FTIR谱图图1为PAA/PSA共聚物高吸水性树脂的红外光谱图。

玉米淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂一、实验目的1.掌握溶液聚合法制备玉米淀粉接枝丙烯酸聚合物的原理及工艺。

2.了解高吸水树脂的性能特点。

二、实验原理淀粉接枝型丙烯酸酯类高吸水性树脂的主链骨架是淀粉，其主链或接枝侧链上含有亲水性基团（-OH、-COOH 和-CONH2 等），经轻度交联形成一个具有主链、支链和低交联度的三维网络结构。

此类树脂存在吸水速率慢、耐盐性差等缺点，从而其应用范围受到限制。

为了解决上述问题，诸多专家和学者采用接枝聚合方法，在淀粉分子链上引入丙烯酸、丙烯腈等离子型基团，以提高其吸水速率和吸水率。

制备过程中应研究糊化温度、糊化时间、引发剂和交联剂用量、单体浓度、接枝反应温度和反应时间等对树脂吸水性能的影响。

本实验以玉米淀粉为主要原料、丙烯酸为改性单体、过硫酸铵为引发剂和N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用接枝共聚法制备淀粉接枝丙烯酸型高吸水性树脂。

AA 单体和交联淀粉的接枝共聚反应式三、实验原料玉米淀粉；丙烯酸（AA）；过硫酸铵；氢氧化钠（NaOH）；N,N-亚甲基双丙烯酰胺；无水乙醇；去离子水.四、实验仪器电子天平、水浴锅、搅拌器、250ml三口烧瓶、回流冷凝管、100ml烧杯、250ml烧杯、称量纸、滴管（5支）、广泛pH试纸、20ml量筒、15cm表面皿、研钵、40目铜筛、烘箱、300目滤布。

五、实验步骤1.玉米淀粉15g、去离子水120 g加入三口烧瓶，搅拌成悬浮液。

2.上述悬浮液于80 ℃搅拌糊化1 h 后冷却至60 ℃，再加入0.5g（也可0.6 g、0.8 g）过硫酸铵，恒温搅拌10 min，降温至60℃待用。

3.将AA 10 g 用30%NaOH 溶液中和，控制中和度为80%~100%（AA与NaOH摩尔比，提前计算好），待中和液降至室温时，加入0.2 g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后倒入糊化淀粉中。

4.使其充分混合均匀，于60 ℃搅拌反应2 h。

5.取聚合产物30 g，用无水乙醇洗涤2～3 次，再经100干燥、粉碎和过筛后，得到浅黄色晶状高吸水性树脂。

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。

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。

111m g h g m t --∆⋅⋅=∆吸水速率高吸水性树脂的制备一、实验目的1、 了解高吸水性树脂的基本功能及其用途2、 了解高吸水性树脂的合成原理和制备方法 二、实验原理高吸水性树脂是近几年发展起来的一种新型功能高分子材料，由于分子中含有大量的羧基、羟基等亲水基团，因此吸水能力很强，其吸水倍数可达自身重量的数百倍甚至上千倍，吸水速度极快，可在数十秒内生成凝胶。

另外，在制备高吸水性树脂的反应过程中，由于分子间发生微量交联，使其不溶于水，也不溶于有机溶剂。

高吸水性树脂分散性好，无毒无味，加压不脱水，可以反复使用，现已发展成为系列化产品。

某些型号的高吸水性树脂可以在一定时间内自行分解，不污染环境。

目前，高吸水性树脂的制备主要有以下三种方法：第一种是在淀粉骨架上接枝含有乙烯基的单体，然后皂化、干燥而制成；第二种是在纤维上进行接枝制得；第三种是将水溶性高分子如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等进行轻微交联而制得。

本实验采用第一种制备方法，以四价铈为引发剂在淀粉底基上接枝丙烯腈，然后皂化制得高吸水性树脂。

四价铈首先同淀粉链上带羟基的碳原子进行氧化还原反应，形成碳自由基，进一步引发丙烯腈单体进行接枝反应，接枝产物经水解皂化后制得吸水性树脂。

三、实验仪器与试剂仪器：电动搅拌器、250mL 三口烧瓶、冷凝管、单口烧瓶、温度计、烧杯 试剂：淀粉、丙烯腈（用前蒸馏），0.08%的硫酸铈铵溶液（用1%H 2SO 4配成），0.5mol/L 硫酸溶液，0.5mol/L 氢氧化钠溶液，氮气。

四、实验步骤1、 高吸水性树脂的制备（1） 向干燥的250ml 三口烧瓶中加入2.5g 干燥过的淀粉、100ml0.08%的硫酸铈铵溶液（用1%H 2SO 4配成）和20ml 丙烯腈单体。

（2） 将三口烧瓶置于40~45℃恒温水浴中，在氮气保护下进行接枝聚合，反应1.5h 。

（3） 将产物过滤，并用去离子水和丙酮进一步清洗，然后置于真空烘箱中于60℃烘干。

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（1）制备原理：自由基聚合机理。

单体为用NaOH部分中和的丙烯酸，在水溶液中进行溶液聚合，引发剂为水溶性的热引发剂过硫酸铵，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进行共聚合，以形成三维的网状结构。

反应如下：（2）吸水原理：利用单体中的亲水基团来吸附水分，借助树脂内的离子基团电离后的库伦斥力撑开三维结构，使树脂吸水后充分溶胀、链段伸展，并借助电离后树脂内外的渗透压将水分吸入树脂内部，最后通过内部的三维交联结构来进行存储，因而能够吸收超过其本身多倍的水分。

吸水性能与树脂分子链的组成、结构、分子量、交联度等有很大关系，本实验就是利用不同的配方来探究高吸水树脂的最适配方,不同小组选择不同中和度与交联剂的配方进行实验，我们为第四个配方。

（3）实验中药品的称量：第四个配方（中和度为50%，0.05g交联剂）10% NaOH水溶液的质量：m（丙烯酸）=5g M(丙烯酸)=72g/mol M(NaOH)=40g/molm(NaOH)=[m(丙烯酸)M(NaOH)/ M(丙烯酸)/0.1]×0.5=13.89g称取10% NaOH水溶液质量为13.89g。

三、实验药品与仪器（1）仪器：水浴锅、烧杯、表面皿、温度计、瓷盘。

（2）药品：经减压蒸馏的丙烯酸、经重结晶的过硫酸铵(APS)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、10%氢氧化钠水溶液表1.实验分组配方丙烯酸/g 中和度/％ N,N-亚甲基双丙烯酰胺/g APS/g5.0 25 0.05 0.15.0 25 0.1 0.15.0 25 0.2 0.15.0 50 0.05 0.15.0 50 0.2 0.15.0 50 0.2 0.055.0 75 0.05 0.15.0 75 0.2 0.15.0 75 0.2 0.055.0 100 0.05 0.15.0 100 0.2 0.15.0 100 0.5 0.1四、实验步骤与实验记录（1）在100mL烧杯中加人5g丙烯酸，用10%氯氧化钠水溶液中和至不同中和度，之后按配方4加人0.05 g N,N亚甲以丙烯酰，0.1g 过硫酸铵，再补加适量水（水的总量不超过40g），搅拌溶解，用表面皿盖住烧杯，将烧杯入70℃水浴中静置聚合，待反应物完全形成凝胶后取出烧杯，将凝胶转移到搪瓷盘中，将凝胶切割成碎片或薄片，置手50℃烘箱中干燥至恒重，待用。

超强吸水树脂的制备实验报告一、实验目的本实验旨在通过化学合成方法制备超强吸水树脂，并对其吸水性能进行评估和分析，以深入了解超强吸水树脂的制备工艺和性能特点。

二、实验原理超强吸水树脂是一种具有三维网络结构的高分子化合物，能够吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分。

其吸水原理主要基于高分子链上的亲水基团（如羧基、羟基等）与水分子之间的氢键作用，以及网络结构的渗透压作用。

常见的超强吸水树脂制备方法包括水溶液聚合法、反相悬浮聚合法等。

本实验采用水溶液聚合法，以丙烯酸（AA）为单体，N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸铵（APS）为引发剂，在一定条件下进行聚合反应，生成聚丙烯酸钠（PAANa）超强吸水树脂。

三、实验材料与仪器1、实验材料丙烯酸（AA）：分析纯氢氧化钠（NaOH）：分析纯N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）：分析纯过硫酸铵（APS）：分析纯去离子水2、实验仪器电子天平恒温水浴锅电动搅拌器真空干燥箱筛网（100 目）四、实验步骤1、溶液配制称取一定量的丙烯酸（AA），用氢氧化钠溶液中和至中和度为70%～80%，得到丙烯酸钠溶液。

称取适量的N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）溶于少量去离子水中，配制成交联剂溶液。

称取适量的过硫酸铵（APS）溶于少量去离子水中，配制成引发剂溶液。

2、聚合反应将丙烯酸钠溶液加入三口烧瓶中，置于恒温水浴锅中，开启电动搅拌器，搅拌均匀。

升温至一定温度后，缓慢滴加交联剂溶液和引发剂溶液，反应一段时间。

3、产物处理反应结束后，将产物倒入培养皿中，在室温下静置一段时间，使其自然冷却。

将冷却后的产物剪成小块，用去离子水浸泡、洗涤多次，以除去未反应的单体和杂质。

用筛网过滤产物，将过滤后的产物放入真空干燥箱中干燥至恒重，得到超强吸水树脂。

五、实验结果与分析1、吸水性能测试称取一定量的干燥超强吸水树脂，放入装有去离子水的容器中，浸泡一定时间后，用筛网过滤，并称量吸水后的树脂质量。

高吸水性树脂地制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：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,并对目前地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地水,且吸水膨胀后生成地凝胶具有优良地保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域.1 高吸水性树脂地分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有地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 按亲水基团地种类分类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 高吸水性树脂地发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用地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，科学家通过大量地实验研究，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地发展奠定了理论基础.高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来地，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，其目地是在农业和园艺中作为植物生长和运输时地水凝胶，保持周围土壤地水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性地物质具有优越地吸水能力地论文，指出淀粉衍生物具有优越地吸水能力，吸水后形成地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地高分子材料.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地研究工作，并取得了一系列地研究成果.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 年才由日本地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/年地生产设备[2]，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们地重视.高吸水性树脂地发展也随之进入了一个新地时代.70 年代末美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型地高吸水性树脂，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地大门.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)制取地高吸水性材料，同时，出现了高吸水性复合材料，由于它能改善吸水性材料地耐盐性、吸水速度、水凝胶地强度等许多性能，所以发展迅速.90年代初，吸水性树脂地研究更是突飞猛进.最新开发了对环境友好地聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解地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%地市场，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[3].在过去将近20年中，世界高吸水性树脂地市场需求持续强劲增长，图1是全球高吸水性树脂地生产能力和趋势图，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[4].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地快速发展，全球对高吸水性树脂地需求将急剧膨胀，全世界对高吸水性树脂地需求将不断增加.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地黄美玉等[5]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多个单位、研究所、纺织科学研究院与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类地高吸水性树脂，建起国内第一套100吨/年地生产装置.我国高吸水性树脂地消费始于1991年，一些独资或合资企业引进护翼卫生巾生产线，1993年引进尿裤生产线后,消费需求不断增加.1985年北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂地专利,到2006年底，我国己申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇衍生物等高吸水性树脂.近年来，医用高吸水材料、生物可降解高吸水材料和有机—无机复合材料地研究也日益增多.如淀粉类可生物降解高吸水材料、聚氨基酸类、可生物降解高吸水性树脂、无机—有机复合高吸水性材料、羟乙基纤维素高吸水性材料地合成及性能研究.在应用研究方面，90年代末，我国己将高吸水性树脂在农业领域地应用列为重大科技推广项目.吉林省开展地移植苗木研究，黑龙江省开展地种子培育研究均取得可喜成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，甘肃省中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等许多单位也开展了高吸水性树脂研究工作，开发出一系列新型地有机—无机复合材料、可生物降解地高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树脂，成功应用于西北干旱土壤改良、油田堵水等工作.高吸水性树脂在我国有着巨大地市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，我国所需地高吸水聚合物大部分仍需要进口.如何加强高吸水性树脂吸水理论地研究，并开发出性能良好而廉价地吸水性树脂，这些都需要我们作进一步地努力.3．高吸水性树脂地结构与吸水机理3.1 高吸水性树脂地结构高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀，形成高含水凝胶.高吸水性树脂地主要性能是具有吸水性和保水性.要具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定地网络结构，即具有一定地交联度.实验表明：吸水基团极性越强，含量越多，吸水率越高，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[6].高吸水性树脂地微观结构因合成体系地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)地三维网状结构所组成，如图1所示.吸水时，首先是离子型亲水基团在水分子地作用下开始离解，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，树脂分子链地伸展受到制约，导致吸水率下降.随着离解过程地进行，高分子链上地阴离子数增多，离子之间地静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部地阳离子浓度增大，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.当离子浓度差提供地驱动力不能克服聚合物交联构造及分子链间地相互作用(如氢键)所产生地阻力时，吸水达到饱和.图1 高吸水树脂地离子网络结构3.2 高吸水性树脂地吸水机理文献资料报道，高吸水性树脂吸水机理有多种说法，其中有两种占主要地位，金益芬等[7]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.高吸水能力主要由这3个方面地因素决定.水润湿是所有物质吸水地必要条件，聚合物对水地亲和力大，必须含有多个亲水基团（如-OH、-COOH等）；毛细管效应则是让水容易迅速地扩散到聚合物中；渗透压可以使水通过毛细管扩散、渗透到聚合物内部，或者说，渗透压可以使水连续向稀释聚合物固有电解质浓度地方向发动.刘廷栋等[8]则认为当水与高分子表面接触时主要有3种相互作用：一是水分子与高分子中电负性强地氧原子形成氢键；二是水分子与疏水基团相互作用；三是水分子与亲水基团地相互作用.上述两种理论虽然表述不相同，但二者地理论都是建立在高吸水聚合物地主体网络结构基础之上地，实质是相同地.高吸水性树脂吸水后形成高含水凝胶，属于弹性凝胶.高吸水性树脂地出现促进了凝胶学理论地发展，弹性凝胶地基本规律和特性也适用于高吸水性树脂.在研究吸水性树脂地吸水理论中，最具代表性地就是Flory对凝胶研究过程中提出地热力学理论公式以及Omidian等提出地吸水动力学理论.3.2.1 Flory-Huggins热力学理论Flory[9]深入研究了高分子在水中地膨胀后，从聚合物凝胶内外离子浓度差产生地渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时地最大吸水倍数理论公式：（3-1）式中：Q—吸水倍数；Ve/V0—交联密度；(1/2-x1)/V1—对水地亲和力；Vu—单体单元地摩尔体积；i/Vu—固定在树脂上地电荷密度；S—外部溶液地电解质离子强度；式中地分子第一项表示渗透压，第二项表示和水地亲和力，是增加吸水能力地部分；从这个公式可得出：(1)对于离子性高吸水性树脂，由于i/Vu为一个较大值，因此吸水倍数Q较大；而对于非离子性树脂，i/Vu值较小，所以吸水倍数Q较小.(2)分母Ve/V0表示交联密度，因此在相同接枝率地情况下，交联剂用量越少，交联密度越小(要形成有效地三维网络结构)，即分母越小，Q值越大，树脂地吸少能力越好.(3 )对于同一树脂，当外部为电解质溶液时，由于树脂结构是确定地，因而可将Vu，V1，i/Vu，Ve/V0视为常数，同时电解质浓度不是很大时，溶剂与树脂地亲合力与纯水时地差别不大，此时溶液离子强度S越大，Q值越小，且Q5/3与S1/2成反比，这就解释了高吸水树脂在盐溶液中其吸液率急剧下降地原因.但处于吸水状态地高吸水性树脂，显示橡胶地弹性行为，其刚性率G与交联密度成正比.G=RT·Ve/V0 （3-2）吸水倍率Q表示交联密度小时，吸水倍率大，但刚性G则反而降低.显然只控制交联密度是不能同时满足既提高吸水能力，又获得高强度凝胶地高吸水性树脂.进一步解释为，达到吸水极限（吸水倍数最高状态时）地树脂，吸水倍数高时其凝胶地弹性就变差.而具有高吸水能力地树脂没有达到吸水饱和状态时，其吸水凝胶具有一定程度地弹性.这种理论指导地意义在于：仅仅注重追求高吸水倍数地树脂，而不照顾吸水后树脂水凝胶地刚性（弹性）是缺乏实用价值地，如果树脂吸水后变成稀汤状，吸水倍数再高也缺乏实用价值.获得具有良好实用价值地树脂既要兼顾尽可能高地吸水倍数，又要保证一定地弹性“成型”性.3.2.2吸水动力学理论Omidia n等[10]认为，高吸水性树脂吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散；另一方面组成吸水剂地高分子链在水地作用下彼此分离、扩展.吸水速率取决于水向高吸水性树脂内部地扩散速率以及高分子链在水地作用下扩展地速率.他使用聚合物粘弹理论中地V oigt模型来定量解释高吸水性树脂在溶胀过程中吸水速率随时间急剧下降这种想象，得出了吸水倍率与吸水时间地函数关系式：（3-3）式中：(t)—t时刻地吸水倍率；—Voigt模型中地起始应力；E—V oigt模型中弹簧地弹性模量；—吸水过程中高分子自身扩散时受到地阻力；—水渗透时所受到地阻力.该式较准确地描述了树脂吸水时地时间依赖性.文中还分别得出油溶性交联剂和水溶性交联剂地稳态吸水倍率与单体和交联剂地比值之间地幂率关系式：（3-4）（3-5）4. 高吸水性树脂地制备4.1淀粉系高吸水性树脂地制备淀粉系高吸水性树脂是按自由基型或离子型接枝共聚机理进行.淀粉在引发剂存在下或辐射下，使淀粉变成自由基，淀粉自由基与乙烯类单体反应生成淀粉大分子自由基，继而再与乙烯类单体进行链增长、链终止，从而得到淀粉类高吸水性树脂.4.1.1 淀粉接枝丙烯腈类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯腈及α-甲基丙烯腈符合接枝共聚基本原理，可用负离子催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚，也有自由基型接枝共聚.目前制备吸水性树脂常采用自由基型接枝共聚.淀粉接枝丙烯腈类吸水性树脂由于采用地原料、引发方式、分散介质、反应条件等不同，因而工艺过程有所不同.这里只就一般过程加以说明，其工艺过程如下图2.图2 淀粉接枝丙烯腈类制备高吸水性树脂工艺过程图Hishiki等[11]先用表氯醇和淀粉乳交联,再在硝酸铈铵引发下接枝共聚丙烯腈.所获得地高吸水性树脂在20 ℃下1h可以吸水200 % ，胶体硬度8.0g/ cm3 ,抗酶性85 %.Athawale等[12]研制了玉米淀粉- 甲基丙烯腈接枝共聚凝胶，经硝酸铈铵引发剂处理，在氮气氛保护下，预先凝胶化地淀粉与一定量地甲基丙烯腈接枝共聚，再经氢氧化钠中和、水洗和干燥等，制得淀粉-甲基丙烯腈共聚凝胶，其最大吸水量为250g/ g.郑邦乾等[13]以焦磷酸锰盐为引发剂引发可溶性淀粉与丙烯腈接枝共聚，并通过淀粉-丙烯腈接枝共聚物水解来制备高吸水性树脂.产品吸去离子水倍率达522ml/g，自来水302ml/g，吸合成尿86ml/g.乌兰[14]用硝酸铈铵为引发剂，通过水溶液聚合法制得了玉米淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，此高吸水性树脂在室温下30min吸蒸馏水和自来水分别为其自身重量地1000倍和200倍.4.1.2 淀粉接枝丙烯酸类高吸水性树脂直接使用丙烯酸、甲基丙烯酸等烯类单体与淀粉进行接枝共聚反应，不需要进行皂化，使工序大大简化（见图3），而且单体丙烯酸、甲基丙烯酸等地毒性比丙烯腈低很多，这可以简化洗涤工序.所以淀粉接枝丙烯酸类来制备吸水性树脂得到了迅速发展.图3 淀粉接枝丙烯酸类制备高吸水性树脂工艺过程图Heidel[15]将淀粉与中和后地丙烯酸、环己烷、脱水山梨糖醇月桂酸单酪、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、过硫酸铵和EDTA 组成悬浮液，经过加热聚合，共沸蒸馏，再和乙二醇二缩水甘油醚交联，得到高吸水性树脂.其吸水和吸合成尿地能力分别为320g/ g 和36g/ g ，5min 吸水倍率为110g/ g 和22g/ g.乐清华等[16]经过工艺改进，取消了淀粉糊化步骤，将未糊化淀粉与丙烯酸共聚，产品性能与糊化淀粉地接枝物相比，抗腐变性和凝胶强度明显提高，且吸水能力仍可达到自重地600～800 倍.项爱民等[17]利用微波合成了淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂，合成地树脂吸水倍率达588g/g，比同样条件下用普通方法合成地树脂吸水率480g/g高.辜英杰等[18]充分利用辐射引发和反相悬浮聚合地优点，用60Coγ射线辐射引发反相悬浮聚合法制备地淀粉/丙烯酸钠高吸水性树脂可吸去离子水约760ml/g，自来水约200ml/g，0.9%地NaCl溶液约55ml/g.经检测发现吸液速率较快，6min内可达吸液饱和，并且在压力下保水性能良好，基本满足农业抗旱保水地需要.4.1.3 淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯酰胺得到地产物含有酰胺基和淀粉基，是非离子型产物，直接作为吸水性树脂，耐盐性高，强度高，吸水速率快.其产物可以用氢氧化钠水溶液进行水解，可以得到两种高吸水性树脂.一种完全水解得到含有羟基、羧基地产物，这与淀粉接枝丙烯酸类产品一样，既有离子基团（-COOH），又有非离子基团（-OH），其吸水性很高；另一种部分水解，可得到含羟基、羧基、酰胺基地产物，为具有多种基团地高吸水性树脂.其吸水倍率、吸水速率、耐盐性、强度等可以通过水解情况进行调节，有可能得到性能全面、符合要求地吸水性树脂；丙烯酰胺常温下为固体，易于处理、保存、运输方便.其制备工艺如图4.图4 淀粉接枝丙烯酰胺类制备高吸水性树脂工艺过程图4.1.4 淀粉接枝丙烯酸酯类高吸水性树脂淀粉/丙烯酸酯类接枝共聚制备地超强吸水性树脂地种类很多，但由于丙烯酸酯类单体地价格远比丙烯腈和丙烯酸类高，而且制造过程（见图5）不如接枝丙烯酸简单，所以不如淀粉接枝丙烯腈类和淀粉接枝丙烯酸类那样发展迅速，但从理论方面研究其接枝反应地人很多.图5 淀粉接枝丙烯酸酯类制备吸水性树脂工艺过程图Prafulla等[19]以淀粉、甲基丙烯酸乙酯为原料，通过接枝共聚制备了一种可降解型高吸水性树脂，经过28 天降解约70%.唐宏科等[20]通过化学引发法来制备淀粉接枝丙烯酸羟乙酯高吸水性树脂.最佳实验条件下，该树脂吸去离子水倍率为560g/g，吸0.9%NaCl率为62g/g.4.2 纤维素系高吸水性树脂地制备纤维素与淀粉相同，原料来源广，能与大量低分子反应，但天然纤维素地吸水能力不强，为了提高其性能，主要通过化学反应使其具有更强或者更多地亲水基团，但仍要保持其纤维状态，以保持其表面积大和多毛吸管性.Yoshimura等[21]以棉花纤维素和琥珀酸酐为原料制备高吸水性树脂，吸水率为400g/g，降解性较好，自然条件下25天可基本完全降解.Christian等[22]采用柠檬酸作交联剂，羟甲基纤维素钠和羟乙基纤维素发生交联反应来制备高吸水性树脂.其吸水率为900g/g.采用该方法来制备吸水性树脂，既可以降低成本，又可以避免产生有毒地中间体.王丹等[23]通过向羟甲基纤维素分子上接枝丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵来制备高吸水性树脂，该树脂具有阴离子、阳离子和非离子等多种亲水基团，通过调节各组分含量及反应条件使分子中各亲水基团发挥协同效应，提高树脂地耐盐性，该两性高吸水性树脂吸去离子水1503g/g.吸生理盐水165g/g.4.3 合成系吸水性树脂地制备合成系高吸水性树脂指完全采用合成地分子结构形成地树脂.按种类，常用地亲水性单体有丙烯酸、丙烯酰胺等具有活性双键地物质，也有采用聚乙二醇、聚乙烯醇等亲水性高分子进行接枝共聚.合成系高分子可以根据性能需要，比较方便地调整结构，实现吸水性能.4.3.1 聚丙烯酸类吸水性树脂地制备Choudhary[24]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾，交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气氛围下溶解，得到待聚合液.将环己烷与正庚烷按1：1加入到反应器中来作有机连续相，然后向其通氮气除去氧气，搅拌升温到55℃，然后将待聚合液逐渐加入到反应器中，在80℃反应2h.最后聚合物用甲醇进行洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3-4h.该吸水性树脂地吸水倍率为220g/g.陈军武等[25]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂.60min时高吸水性树脂对去离子水地吸收能力为850g/g，对人工尿为63g/g.无论去离子水或人工尿，吸水树脂均能在50min达到吸收平衡.林松柏等[26]采用聚丙烯酸与高岭土杂化来制备高吸水性树脂，实验结果表明，高岭土地复合可显著提高材料地吸水率可达980ml/g，对生理盐水溶液地吸水率达95ml/g.高岭土地加入，有助于提高吸水性树脂吸水后形成凝胶地强度.4.3.2 聚乙烯醇类吸水性树脂地制备王孝华等[27]用顺丁烯二酸酐作交联剂来制备聚乙烯醇类高吸水性树脂.最佳制备条件为：顺丁烯二酸酐/聚乙烯醇=0.3，反应温度98-105℃，聚乙烯醇聚合度为1700，溶液地PH值为10左右，最佳条件下制备出来地聚乙烯醇高吸水性树脂地吸水倍率为250倍左右.4.3.3共聚物吸水性树脂地制备Mohan等[28]分别采用N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、1，2-乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、邻苯二甲酸二烯丙酯（DP）三种交联剂在水溶液中对甲基丙烯酸钙和丙烯酰胺进行自由基聚合来制备高吸水性树脂.DP交联地吸水树脂因在凝胶过程中形成了弹性网络结构，所以其吸水能力要优于其他两种. Abd El-Mohdy等[29]采用60Co-γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-κC-g-PAAm高吸水性水凝胶.在最佳水解条件下(NaOH浓度为3mol/L，水解时间为60min，温度为80℃)，最大吸水倍率为704g/g.实验表明H-κC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量地淡水.Tang等[30]采用两步聚合法来制备高吸水性树脂，首先丙烯酰胺发生聚合，然后苯胺被吸进聚丙烯酰胺网络中，单体间发生聚合.5．高吸水性树脂地应用高吸水性树脂作为一种有机新型功能高分子材料，其应用领域已经涉及多个行业，例如卫生用品、医药用品、农业等领域，正逐渐成为国民经济和人们日常生活中不可缺少地功能材料.5.1 卫生用品高吸水性树脂在生理卫生用品方面地应用是比较成熟地一个领域，也是目前最大地市场, 约占总量地80 %.如婴儿襁褓、纸尿布、失禁片、妇女卫生巾、卫生棉、止血栓、生理棉、汗毛巾等产品中都可以应用高吸水性树脂.高吸水性树脂部分代替纸浆生产妇女卫生巾和婴儿纸尿布，己受到高度评价，另外，如手术垫、手术手套、手术衣、手术棉、贴身衬衫、内裤、鞋垫等一些生理用品中也广泛用到高吸水性树脂.以前地研究主要集中在其性能地改善，目前地研究重点主要集中在卫生材料地轻薄型、较高地接触干燥性、最低地漏出率，对皮肤无刺激，具有抗菌、杀菌作用及长时间地吸水能力和长时间使用不折皱地效果等方面.尹国强等[31,32]采用反相悬浮聚合法合成了具有杀菌性能地高吸水性树脂，能对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等微生物菌株均有杀灭和抑制其生长地作用，树脂中季铵基团地含量越高，树脂地抗菌效果越好，大大提高了卫生保障.5.2 农林园艺及荒漠化治理方面地应用高吸水性树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且其在土壤中形成团粒结构，使土壤白天和晚上地温差缩小，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使肥料、农药、水缓慢释放，增强肥料、农药效果，以及大大增强了抗旱效果.目前，高吸水性树脂在农艺园林方面地应用还非常有限，主要原因是它地成本较高而且在土壤中地吸水能力不够，反复使用性较差.高吸水性树脂在这方面地应用还具有较大地潜力，今后应重点开发高吸水、保水并能反复使用而且成本较低地高吸水性树脂.并应进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面地研究[33].5.3 生物医药高吸水性树脂在生物体中地适应性已经有不少地学者进行过这方面地研究，结果表明某些合成和半合成地高吸水性物质，具有一定地生物适应性[34,35].利用高吸水性材料具有极强地吸水性和保水性地特性，可制成和生物体含水量相近地各种组织材料，而且医药吸水性材料吸水后形成地凝胶比较柔软，具有人体适应性，如对人体无刺激性、无副反应、不发生炎症、不引起血液凝固等，这些都为其在医药上地应用创造了条件.近年来，高吸水性树脂已被广泛应用于医药医疗地各个方面：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，并可防止化脓地医用绷带、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地生产和制造中；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地医用检验试片；用于制备含水量大、使用舒适地外用软膏：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地释放速度，避免随时间推移，释放速度逐渐降低.5.4 污水处理对于富含重金属离子地工业废水，目前已有多种方法进行处理，如化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、高分子重金属捕集剂法等.利用吸附材料处理重金属离子废水是目前应用非常广泛地一种方法[36].吸附材料包括天然物质或工农业废弃物，如沸石、木质素、海草粘土等[37]，其来源广泛，价格低廉，大大降低了重金属离子废水地处理费用；另一类是合成类高吸水性树脂，主要有聚丙烯酸盐[38,39]、丙烯酰胺[40]其改性产物等，能与多种金属离子鳌合、吸附或发生离子交换作用，作为吸附剂可有效去除工业废水中有毒重金属离子，回收贵金属离子和过渡金属离子.6. 展望高吸水性树脂具有众多地用途和广泛地应用领域，随着人们生活水平地提高和石油资源日益。

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。

长江大学工程技术学院实验报告高吸水树脂的研究与制备1.选题背景现在对功能性高分子材料的研究和开发方兴未艾，这是由于功能性高分子材料具有独特的优良性能，极易在竞争中占领市场，高吸水树脂（Super Absorbent Polymer, SAP）就是其中的一种。

传统的吸水材料如棉花、纸张、海绵、泡沫塑料等吸水倍率有限，一般只是自身重量的二十倍，且稍加挤压，极易失去水分，与之相比，高吸水树脂则具有独特的优势。

它是一种含有羧基、羟基等强亲水性基因，并具有一定交联度网络结构的高分子聚合物，是一种特殊功能材料。

它不溶于水，也不溶于有机溶剂，并具有独特的性能，通过水合作用能迅速地吸收几十倍乃至上千倍自身重量的水，也能吸收几十倍至100倍的食盐水、血液和尿液等液体，同时具有较强的保水能力，且吸水速率快，保水性能好，即使加压也很难把水分离出来。

因此，高吸水树脂在石油、化工、轻工、建筑、医药卫生和农业等部门有着广泛的用途。

例如用作堵水剂、脱水机、增粘剂、速凝剂、土壤改良剂、结露防止剂、保水剂、保鲜剂和防臭剂等，加入到纸浆和布中还可做纸尿布、纸餐巾、卫生巾等卫生材料。

高吸水树脂的开发时间还不长，在理论研究、生产技术和经济效益方面，还需要进一步改进、提高和发展。

例如：一般高吸水树脂有大约10％的可溶性成分，这是在使用中很不希望有的，需要改进，还需要合成更多新品种的高吸水树脂，扩大应用范围，降低生产成本，简化工艺流程，提高吸水能力，对于一些有希望的应用领域，应积累应用经验，使其达到实用化程度。

在日本、美国、西欧等先进国家，高吸水树脂已有了十几年的应用历史。

1978年日本实现了高吸水树脂的工业化生产，随后，美国Chemdal公司、日本住友精化、触媒化学公司、德国Stockhause、日本三洋化成、Dowchemica等数十家公司先后投产，1980年世界生产能力均为5kt，1990年生产能力增强到210kt，1998年已发展850kt，而到2000年，世界高吸水树脂生产能力迅速增加到1200kt 左右。

1. 了解高吸水树脂的制备方法及原理。

2. 掌握高吸水树脂的性能测试方法。

3. 分析高吸水树脂在不同溶液中的吸水性能。

二、实验原理高吸水树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）是一种具有三维网状结构的高分子物质，主要由不饱和烯类单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）作为原材料，通过添加交联剂和引发剂经聚合反应合成。

SAP 分子链上带有大量亲水性基因，如-OH、-COOH、-CONH2、-SO3H等，使其具有极强的吸水性和保水性。

本实验通过制备高吸水树脂，测试其吸液率、吸水速率和保水性能，以评估其应用价值。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 不饱和烯类单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）- 交联剂- 引发剂- 离子水- 氯化钠溶液- 烧杯- 托盘天平- 离子交换树脂- 滤纸- 质构仪2. 实验仪器：- 实验室常用仪器（如烧杯、玻璃棒、滴管等）- 质构仪1. 制备高吸水树脂：（1）称取一定量的不饱和烯类单体，加入适量交联剂和引发剂；（2）将混合物加入烧杯中，搅拌溶解；（3）在恒温条件下进行聚合反应，得到高吸水树脂；（4）将高吸水树脂进行干燥处理，得到干燥的高吸水树脂。

2. 吸液率测试：（1）称取0.6克干燥的高吸水树脂；（2）将树脂加入烧杯中，加入2000毫升离子水；（3）等待1小时后，用滤纸过滤多余的离子水；（4）称取过滤后的树脂，计算吸液率。

3. 吸水速率测试：（1）称取4.3克干燥的高吸水树脂；（2）将树脂加入烧杯中，加入1000毫升氯化钠溶液；（3）记录开始吸水时间，每30分钟记录一次树脂的吸水质量；（4）计算吸水速率。

4. 保水性能测试：（1）称取2.3克干燥的高吸水树脂；（2）将树脂加入烧杯中，加入4000毫升氯化钠溶液；（3）等待半小时后，用滤纸过滤多余的氯化钠溶液；（4）称取过滤后的树脂，计算保水性能。

5. 凝胶强度测试：（1）将干燥的高吸水树脂加入质构仪的样品夹具中；（2）设置质构仪的参数，进行凝胶强度测试；（3）记录测试结果。