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高吸水性树脂的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。
耐盐抗压高吸水性树脂的制备及其应用摘要：本文研究制备了一种具有耐盐抗压高吸水性的树脂，并探讨了其应用。
制备过程中采用了反相乳液聚合的方法，引入了丙烯酸和丙烯酰胺等单体，并添加了交联剂，使得树脂具有了优异的耐盐性、抗压性和高吸水性能。
同时，在农业领域，树脂可用于提高土壤水分利用率，改善盐渍土的质量，减轻植物对盐渍土的敏感性，从而提高农作物的产量和质量。
关键词：耐盐抗压高吸水性、树脂、反相乳液聚合、交联剂、农业1. 引言水是生命的基础，而土地是农业生产的基础。
但是，全球气候变化、人口增长和环境污染等因素导致了水资源短缺和土壤盐渍化等问题，给农业生产和生态环境带来了巨大的挑战。
因此，开发一种具有耐盐抗压高吸水性的树脂，可以提高土壤水分利用率，改善盐渍土的质量，减轻植物对盐渍土的敏感性，从而提高农作物的产量和质量，对于解决上述问题具有重要的意义。
2. 实验方法2.1 材料十二烷基苯磺酸钠（SDS）、双氧水（H2O2）、一硫代二甲醇（MT）、甲基丙烯酰胺（MAM）、乙酸丙烯酯（AA）、交联剂等。
2.2 反相乳液聚合法制备树脂以MT和SDS为复配乳化剂，将MT和SDS按照一定比例溶解在去离子水中，得到复配乳化剂溶液。
将MT和SDS复配乳化剂溶液倒入四口瓶中，在其中加入盐类水解液、H2O2、AA、MAM等单体，并通过喷淋的方式加入交联剂。
在磁力搅拌器上加热，使体系温度达到80°C，同时加入过氧化氢，即可引发乳液聚合反应。
随着反应的进行，可以观察到乳液逐渐变浓，到达90°C时停止反应，得到未固化树脂。
2.3 固化树脂将未固化的树脂在60°C下进行烘烤，直至样品表面完全干燥，然后继续在140°C下进行固化处理，约30min后即可取出固化树脂。
3. 结果及分析通过实验发现，制备的树脂具有优异的耐盐性、抗压性和高吸水性能。
在水浸泡10min，然后放置24h后，样品吸水率达到了1500%左右，表现出很好的吸水性能。
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。
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。
高吸水性树脂的合成与应用
合成
高吸水性树脂可以通过多种方法来合成。
其中，最常用的是聚合反应法。
这种方法可以将多种原料，如聚羧酸、聚乙烯醇、聚乙烯醚、烷基羧酸酯、聚烯烃、聚氨酯等，通过加入助剂及聚合剂，在特定温度、压力和时间条件下进行聚合，从而得到拥有高吸水性的树脂。
应用
高吸水性树脂主要用于制备吸水性材料，如吸水性塑料、吸水性纤维、吸水性涂料、吸水性胶粘剂等。
这些材料在日常生活中有着广泛的应用，如用于制作吸水性衣物，用于包装食物和药品，用于制作纸浆，用于制作纸张，用于制作湿巾，用于制作洁净工具，用于制作湿纸巾，用于制作湿地毯等。
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。
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。
高吸水性树脂的改性、开发及其在包装中的应用摘要：高吸水性树脂是近年发展迅速的功能材料，由于其特殊的化学结构，它能吸收自身质量几百倍甚至上千倍的水，对一些盐溶液的吸收倍率也较大，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥出了巨大的作用。
本文综述了淀粉系、纤维素系及其聚丙烯酸型高吸水性树脂的制备、改性及其在包装中的应用。
关键词：高吸水性树脂；淀粉系；纤维素系；聚丙烯酸系；制备；改性；包装中的应用前沿高吸水性树脂（SAP）是一种新型高分子材料。
近十年来，国内外开始竞相研发此类高分子材料，发展势头非常迅猛。
这种材料是一种具有松散网络结构的低交联度亲水性高分子化合物，它既不溶于水，也难溶于有机溶剂，具有吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水的能力，且吸水速度快，保水性能好，即使加压也难把水分离出来，被誉为“分子水库”。
迄今已开发出来的高吸水性树脂分为淀粉类、纤维素类和合成树脂类，广泛地被应用于众多领域中，并越来越受到人们的关注和青睐。
1.淀粉系高吸水性树脂的合成与改性应淀粉系高吸水性树脂是一种能吸收其自身重量几百倍甚至上千倍的树脂,具有优良的保水性能。
淀粉系高吸水性树脂是一种新型的高分子材料。
20世纪60年代初,[1]美国农业部北部地区研究中心首先对于以淀粉作为天然聚合物体系给予极大关注,1985年G.Mino与S.Kaizerman以Ce4+为引发剂,首先合成了淀粉与烯类单体接枝共聚物,引起了世界性的反响,Fanta和Bagler对这体系作了评述。
20世纪80年代,我国开始研究淀粉系高吸水性树脂,经过几十年的努力工作,在产品的开发和应用上取得了很大的成功。
由于淀粉系高吸水性树脂具有很高的吸水性,因此,无论在它的合成技术方面,还是在应用方面,发展都非常迅速。
1.1制备技术的现状淀粉是一种来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物[2]。
淀粉系高吸水性树脂一般通过淀粉接枝共聚反应制得。
淀粉接枝共聚反应,有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。
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。
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ABSTRACTBy 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第一章前言1.1 高吸水性树脂简介高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并且有一定文联度的功能性高分子材料。
它不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收其自身重量几百倍乃至几千倍的水；吸水后立即溶胀为凝胶，具有优异的保水功能，即使受压也不溢出水。
高吸水树脂是近年来被广泛应用于工业、农业、建筑、环保[1] 日常生活各个领域的功能高分子材料, 经过近些年的发展, 吸水能力由最初的几十倍到如今的几百倍。
我国是个农业大国, 土壤的种类多样化, 并且近些年来我国的土地干旱问题严重, 高吸水树脂在农业的发展潜力巨大, 可以起到保持土壤湿度、保肥等作用。
目前, 国内外制备高吸水树脂的原料有4类: 淀粉类、合成树脂类、纤维素类、有机无机复合高吸水性树脂[2] 。
其中, 纤维素类吸水树脂的耐盐性好, pH 值易于调节, 抗生物降解的性能比较好, 具有重要的环保意义和经济价值[3,4] 。
天然纤维素来源广泛, 从资源的可持续利用, 低碳环保等方面, 纤维素类吸水树脂有广阔的前景。
超强吸水树脂的开发还将带来有关学科如医学、生物工程学、生理卫生学、水土学、生命科学以及日用品、美容化妆、敏感元件等的发展[5] , 并且吸水树脂吸水后具有一定粘度, 在石油化工方面应用前景广泛。
美国、日本、欧洲各国都成功地开发了各种类型的高吸水性树脂，并已经用作纸制尿布和生理用品等卫生材料，用于防水材料、结露防止荆、保鲜荆、溶剂脱水荆等产业及绿化、农业等[6]。
我国从80年代后期对高吸水性树脂进行了研究开发．取得了一定的成绩．陆续有一些小型的工厂投产，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力近几年，高吸水性树脂的世界需求量逐年增长，具有很大的发展潜力[7]。
高吸水性树脂的合成可分为两条路线：一是用天然高分子吸水材料改性，产品称为半合成树脂[8]；另一条路线则是由亲水单体聚合而成，产品称为合成树脂。
由亲水单体合成高吸水性树脂主要有两种聚合方法：反相悬浮聚合和水溶液聚合。
高吸水性树脂的制备方法根据原料分类可分为淀粉系列、纤维素系列和合成聚合系列[9,10]，目前高吸水性树脂太多为合成聚合系列，尤其聚丙烯酸钠系列在高吸水性树脂领域中应用最为广泛。
我国从80年代后期对高吸水性树脂进行研究开发．取得了一定的成绩．陆续有一些小型的工厂投产，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力近几年，高吸水性树脂的世界需求量逐年增长，具有很大的发展潜力。
高吸水性树脂的合成可分为两条路线：一是用天然高分子吸水材料改性，产品称为半合成树脂；另一条路线则是由亲水单体聚合而成，产品称为合成树脂。
1.2 高吸水性树脂分类天然高分子加工产物淀粉-丙烯晴接枝聚合水解物淀粉-丙烯酸共聚物淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物其他淀粉类纤维素接枝共聚物纤维素类纤维素衍生物交联物其他纤维素类去其他多糖类：琼脂糖、壳多糖衍生物蛋白质类纯合成高分子聚丙酸钠交联物丙烯酸或丙烯酸钠-乙烯醇共聚物（丙烯酸甲酯-醋酸乙烯共聚皂化物）丙烯晴聚合皂化物甲基丙烯酸羟乙基脂聚合物其他聚丙烯酸类聚乙烯醇交联聚合物聚乙烯醇类乙烯醇和其他亲水性单体接枝聚合物其他聚乙烯醇类其他合成高分子类：聚环氧乙烷系、丁烯和马来酸酐共聚物等1.3 高吸水性树脂主要的聚合方法聚合方法主要有：本体聚合法、溶液聚合法和反相悬浮聚合法等[11,12]。
本体聚合法由于反应热难以排除，加上聚合物出料难，用于实验室合成偏多。
反相悬浮法以溶剂(油相)为分散介质，水溶性单体在悬浮剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合反应．溶液聚合法反应单体和引发剂等在适当的溶剂中进行聚合，聚合工艺简单，单体转化率高，吸水能力和保水能力强，最主要是制备工艺具有物耗低、能耗低、污染小的特点，是一种符合环保节能的制备方法，特别适合于工业化生产。
本实验主要采用溶液聚合法来合成丙烯酸系高吸水性树脂。
水溶液聚合法操作简单、环境友好，是通过单体的烯烃双键的游离加成反应完成的。
生产工艺由聚合和聚合后处理2部分组成。
在聚合工序，高纯丙烯酸先由氢氧化钠部分中和，再将一定中和度的丙烯酸钠盐水溶液配制成物料进入聚合釜聚合。
在后处理工序，胶体聚合物被粉碎后输送到干燥机干燥，产品经筛分后包装。
该工艺技术的优点是流程较短，操作比较容易控制水溶液聚合法可以采用聚合后的溶胶干燥、粉碎、筛分的连续工艺技术，效率高，适合规模化生，污染物排放量很低，解决了一些放大效应，产品色泽洁白，吸水倍数和其他指标容易按要求控制，设备要求相对简单，是适合规模生产的工艺。
目前世界上80％一90％高吸水性树脂生产工艺为水溶液法。
第二章实验部分2.1 实验试剂及仪器实验药品丙烯酸，CP；N，N 一亚甲基双丙烯酰胺，CP;过硫酸钾，AR；丙烯酰胺，AR；过硫酸铵，AR;氢氧化钠，AR。
实验仪器电热恒温鼓风干燥箱；电子天平；水浴锅；无极恒速搅拌器。
2.2 主要实验（1）中和称取一定量的丙烯酸，加入一定量的蒸馏水。
配一定浓度的 NaOH 溶液，缓慢加入到丙烯酸溶液中，并不断搅拌。
（2）加交联剂和引发剂按照配方在中和好的丙烯酸溶液中加入定量的单体丙烯酰胺，交联剂 N，N 一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌到完全溶解。
（3）开始反应在4颈烧瓶中先通5分钟氮气排出烧瓶中的氧气，防止瓶中氧气影响聚合反应。
加入反应物，在40℃-90℃下反应数小时。
（4）后期处理反应结束得到无色透明凝胶，将所得凝胶在70—80℃烘箱中烘干后用剪刀把烘干后的凝胶剪碎，然后继续在烘箱中烘数小时，完全烘干后用研钵把凝胶磨碎即得高吸水性树脂。
第三章结果与讨论影响高吸水性树脂吸水性能的因素高吸水性树脂的吸水能力主要与树脂本身的内部结构如交联度、亲水基团和外部溶剂的性质相关。
q m 53≅i2V u×S∗122+12−x1V1.υeV0υe:交联网络中链的数目;V0 : 未溶胀树脂的体积; V u : 结构单元的摩尔体积; i/ V u:未溶胀树脂的固定离子浓度; S∗: 外部溶剂的离子强度;υeV0 : 树脂交联度;12−x1V1: 树脂与水的相互作用参数;q m: 树脂最大溶胀比。
树脂本身的影响可见树脂交联度增加,树脂吸水能力降低,但树脂必须具有一定的交联度,以保证树脂只溶胀、不溶解;离子型的高吸水性树脂吸水能力优于非离子型树脂,亲水基团的亲水能力顺序为- SO3H > - COOH > - CONH2 > - OH;树脂的吸水能力还受到其粒径的影响[13],树脂的粒径越小,吸水率越高,但粒径不能太小,以免颗粒粘接成“面团”,导致吸水率下降,一般粒度多控制在20～145 目,最好制成多孔或鳞片状[14]。
3.1 反应温度对反应时间的影响表3-1 同等反应条件下不同反应温度对反应时间的影响试验编号反应温度（℃）反应时间（min）1 50 962 60 903 70 504 80 405 90 38由上面表格可知随着反应温度的升高，反应时间降低,但是聚合温度太高，反应速度过快，易造成暴聚，造成产物粘连，贴壁现象。
3.2 引发剂用量对高吸水性树脂吸水倍率的影响图3-2 同等反应条件下引发剂的用量对产物吸水倍率的影响由上图可知引发剂的用量越多，树脂的吸蒸馏水的倍率越小,这是由于引发剂的用量过多时，聚合反应速度过快难以控制，容易发生爆聚并且聚合物的交联度过大，低聚物较多所以产物的吸水率较低。
引发剂过少时引发反应较困难，未反应的单体较多，另一方面聚合物的交联密度过少，所以产物的吸水率减少。
由图可知，当引发剂的物质的量占单体的0.05%时，树脂的吸水率达到最大。
3.3 交联剂用量对高吸水性树脂吸水率的影响图3-3 同等反应条件下交联剂用量对产物吸水率的影响由上图可知，吸水率随交联剂用量(占单体总量)减少而增加，主要原因是：交联剂用R e s i n a b s o r p t i o n r a t e o f d i s t i l l e d w a t e rAmount of initiator(%)R e s i n a b s o r p t i o n r a t e o f d i s t i l l e d w a t e rAmount of Crosslinker(%)量少时，交联点少，使得交联密度小，从而形成的网络结构易于膨胀，树脂吸水率较大；交联剂用量过多时，交联点多。
