高吸水性树脂的制备
- 格式：doc
- 大小：63.50 KB
- 文档页数：10
下载文档原格式
合集下载
高吸水性树脂的制备及性能测试
60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂。这是一种 含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。它不 溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000倍， 最高可达5000倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性， 即使受压也不易挤出。吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可 恢复。
一、概述（续）
二、高吸水性树脂分类及制备方法（续）
国内的长春应用化学研究所采用Co60—γ射线辐照玉米淀粉和 土豆淀粉产生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙烯酰胺，也得 到了吸水率达2000倍的高吸水性淀粉树脂。 制备高吸水性树脂的淀粉主要采用玉米淀粉和小麦淀粉，也可 采用土豆、红薯和大米的淀粉为原料，甚至有直接采用面粉为原 料的。 高吸水性树脂是高分子电介质，对含有离子的液体吸收能力显 著下降，因此，产品的净化程度对吸水率影响很大。通常采用渗 析、醇沉淀、漂洗净化，再用碱中和处理。产品的最终形式随净 化和干燥的方式而异。醇沉淀及鼓风干燥的一般为粒状产品；渗 析和酸沉淀及转鼓干燥的一般制成膜，也可加工为粒状；若用冷 冻干燥，则可制得海绵状产品。这些形式都有各自的独特用途。
由于上述的奇特性能，高吸水性树脂引起了人们较大的兴 趣。问世 30多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透到各 行各业。如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂等； 在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、抗血栓 材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等。在日常生活，用作 吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。 高吸水性树脂是一类高分子电解质。水中盐类物质的存在 会显著影响树脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的应用。 提高高吸水性树脂对含盐液体（如尿液，血液、肥料水等）的 吸收能力，将是今后高吸水性树脂研究工作中的一个重要课题。 此外，对高吸水性树脂吸水机理的理论研究工作也将进一步开 展，以指导这一类功能高分子材料向更高水平发展。
实验六 高吸水性树脂的制备
实验六 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. 掌握制备合成聚合物类高吸水性树脂的基本方法。
二、实验原理
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，具 有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，且 保水性能有良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使 加压也很难把水分离出来。
按照原料划分，高吸水性树脂可分为淀粉类、 纤维素类、合成聚合物类。前两者是在天然高分子 中引入亲水性基团制成的，后者则是由亲水性单体 聚合或对合成高分子进行化学改性制得的。
高吸水性树脂的结构特点： 1. 分子中具有强亲水性基团，如羧基、羟基 等。与水接触时，聚合物分子能与水分子迅速形 成氢键或其他化学键，对水等强极性物质有一定 的吸附能力。 2.聚合物通常为交联型结构，在溶剂中不溶， 吸水后能迅速溶胀。由于水被包裹在呈凝胶状的 分子网络中，不宜流失和挥发。 3. 聚合物应具有一定的立体结构和较高的相 对分子质量，吸水后能保持一定的机械强度。
三、实验仪器及试剂
丙烯酸（AA） 25%KOH溶液 过硫酸钾 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺 蒸馏水 装有搅拌器、冷凝管、温度计的三颈瓶 13mL 32mL 0.2g 0.05g 75mL 1套
四、实验步骤
1. 将75mL蒸馏水、13mL丙烯酸加入三口瓶中，室温 下搅拌均匀。 2. 在室温下缓慢滴加32mL KOH溶液（约半小时滴 完）。 3. 往三口瓶中加入0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺， 0.2g过硫酸钾，搅拌使其溶解。 4. 加热搅拌，温度维持在75℃。体系变为果冻状时 结束反应。 5. 将产品倒入烧杯中，在烘箱中于50℃烘干。
合成聚合物类高吸水性树脂目前主要有聚丙 烯酸盐和聚乙烯醇系两大类。其合成路线主要有 两条途径：一是由亲水性单体或水溶性单体与交 联剂共聚，必要时加入含有长碳链的憎水性单体 以提高其机械强度。调整单体的比例和交联剂的 用量以获得不同吸水率的产品。这类单体通常经 自由基聚合制备。第二种合成途径是将已合成的 水溶性高分子进行化学交联使之转变为交联结构， 不溶于水而仅溶胀。
一、实验目的
1. 了解高吸水性树脂的基本功能及其用途。
2. 掌握制备合成聚合物类高吸水性树脂的基本方法。
二、实验原理
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，具 有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，且 保水性能有良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使 加压也很难把水分离出来。
按照原料划分，高吸水性树脂可分为淀粉类、 纤维素类、合成聚合物类。前两者是在天然高分子 中引入亲水性基团制成的，后者则是由亲水性单体 聚合或对合成高分子进行化学改性制得的。
高吸水性树脂的结构特点： 1. 分子中具有强亲水性基团，如羧基、羟基 等。与水接触时，聚合物分子能与水分子迅速形 成氢键或其他化学键，对水等强极性物质有一定 的吸附能力。 2.聚合物通常为交联型结构，在溶剂中不溶， 吸水后能迅速溶胀。由于水被包裹在呈凝胶状的 分子网络中，不宜流失和挥发。 3. 聚合物应具有一定的立体结构和较高的相 对分子质量，吸水后能保持一定的机械强度。
三、实验仪器及试剂
丙烯酸（AA） 25%KOH溶液 过硫酸钾 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺 蒸馏水 装有搅拌器、冷凝管、温度计的三颈瓶 13mL 32mL 0.2g 0.05g 75mL 1套
四、实验步骤
1. 将75mL蒸馏水、13mL丙烯酸加入三口瓶中，室温 下搅拌均匀。 2. 在室温下缓慢滴加32mL KOH溶液（约半小时滴 完）。 3. 往三口瓶中加入0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺， 0.2g过硫酸钾，搅拌使其溶解。 4. 加热搅拌，温度维持在75℃。体系变为果冻状时 结束反应。 5. 将产品倒入烧杯中，在烘箱中于50℃烘干。
合成聚合物类高吸水性树脂目前主要有聚丙 烯酸盐和聚乙烯醇系两大类。其合成路线主要有 两条途径：一是由亲水性单体或水溶性单体与交 联剂共聚，必要时加入含有长碳链的憎水性单体 以提高其机械强度。调整单体的比例和交联剂的 用量以获得不同吸水率的产品。这类单体通常经 自由基聚合制备。第二种合成途径是将已合成的 水溶性高分子进行化学交联使之转变为交联结构， 不溶于水而仅溶胀。
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。
高吸水性树脂的制备
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。
高吸水性树脂的制备
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。
高吸水性树脂的合成技术研究进展
淀粉接枝丙烯酸(盐)高吸水性树脂是通过淀粉的多糖与丙烯酸(盐)在交联剂存在下聚合得到的，这种树脂具有高吸水性能且可生物降解，当使用丙烯酸作接枝单体时，聚合在水中进行，生成白色弹性凝胶接枝聚合物，用苛性钠水溶液水解此凝胶，然后干燥并粉碎。当使用丙烯酸钠和丙烯酸作接枝单体时，聚合在甲醇水溶液中进行，所使用的丙烯酸钠与丙烯酸摩尔比为80∶20~70∶30。若将淀粉和单体的水溶液分散在烃类分散介质中，加入表面活性剂搅拌分散成悬浮液，然后加入引发剂，加热聚合，也可得到高吸水性接枝产物，此合成为反相悬浮(乳液) 聚合。采用反相悬浮聚合，可克服水溶液接枝聚合所带来的接枝产物粘度高、产物处理困难等问题。
淀粉接枝丙烯酰胺的基本原理与接枝丙烯腈、丙烯酸(盐)相似。其不同之点在于丙烯酰胺在淀粉后接枝后的产物，不是离子型产物，因此不需要碱中和;另一方面它不像丙烯腈接枝在淀粉上带亲油性基—CN，要用碱皂化变成亲水基(变为—CONH2和COOH)，它本身是带亲水基团—CONH2的产物，具有很强的吸水性，故不需要皂化，其本身就是高吸水性树脂。同时，将它皂化水解也可变成带羧基和酰胺基的高吸水性树脂，因此淀粉接枝丙烯酰胺直接就得高吸水性的水凝胶，而且这种水凝胶是非离子型的，电解质及pH值对它的吸水性能影响较小。它还可以进一步水解制备阴离子型高吸水性树脂。
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，而目前合成高吸水性树脂常采用的是自由基型接枝共聚。自由基型接枝共聚，是使淀粉分子产生自由基，由于产生的方式不同，接枝机理也有差别。利用γ，α，β射线及过氧化物、偶氮化合物和氧化还原等引发剂，则它们能够使淀粉分子中带羟基的碳原子上的氢被夺走，而产生自由基，然后再引发单体，成为淀粉-单体自由基，继续与单体进行链增长聚合，最后发生链终止。
高吸水性树脂生产工艺
高吸水性树脂生产工艺高吸水性树脂是一种具有优异吸水性能的新型材料，广泛应用于卫生产品、农业、环境工程等领域。
下面简要介绍高吸水性树脂的生产工艺。
首先，高吸水性树脂的生产工艺可以分为合成树脂和后处理两个步骤。
合成树脂的主要原料是丙烯酸酯和乙烯基醚单体，通过聚合反应合成交联型树脂颗粒。
这一步骤的关键是确定合适的反应温度、反应时间和反应助剂等条件，以确保树脂具有良好的吸水性能和稳定性。
接下来，合成的树脂颗粒需要进行后处理工艺。
首先是粉碎，将合成的树脂颗粒进行磨碎，以获得适当的颗粒大小。
然后是干燥，将粉碎后的树脂颗粒进行烘干，去除其中的水分。
干燥后的树脂颗粒需要进行筛分，以获得均匀的颗粒粒径。
最后是包装和贮存，将筛分后的树脂颗粒装入适当的包装中，并进行贮存，以保持其吸水性能。
在高吸水性树脂的生产过程中，需要注意以下几点。
首先是原料选择，应选用优质的丙烯酸酯和乙烯基醚单体，以确保树脂的质量。
其次是反应条件控制，应进行充分的实验研究，确定最佳的反应温度、反应时间和反应助剂用量等条件。
此外，需要对生产中的关键步骤进行严格的操作控制，以确保树脂的品质稳定性。
高吸水性树脂的生产工艺不断进步和创新，目前已经发展出了一些新的工艺方法，如微乳液聚合法、反相悬浮聚合法等。
这些新工艺方法可以提高树脂的吸水性能和稳定性，降低生产成本，有助于进一步发展和应用高吸水性树脂材料。
总之，高吸水性树脂的生产工艺是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的影响。
通过合理的原料选择、反应条件控制和严格的操作控制，可以获得优质的高吸水性树脂产品。
随着科技的不断进步，高吸水性树脂的生产工艺将会不断完善和提高，为各个领域的应用提供更多可能性。
高吸水性树脂
在农业领域的应用
土壤改良：高吸水性树脂能吸收相当于其自身重量数百倍的水分可有效改善土壤湿度 和保水性能促进作物生长。
节水灌溉：通过使用高吸水性树脂可将灌溉水有效吸附并缓慢释放实现节水灌溉和 均匀供水。
农药和营养剂缓释：高吸水性树脂可以吸附农药和营养剂并在需要时缓慢释放提高农 药利用率和植物吸收率。
高吸水性树脂的制备方法主要包括化学合成和物理改性不同的制备方法可以得到不同性能的高吸水性树脂。
高吸水性树脂的分类
按原料分类：淀粉类、纤维素 类、其他天然产物类
按交联剂类型分类：羧甲基淀 粉、淀粉磷酸酯、纤维素黄原 酸酯等
按离子类型分类：阳离子型、 阴离子型、非离子型
按应用领域分类：农业、医疗 卫生、建筑材料等
高吸水性树脂的应用领域
卫生用品：用于生产婴儿尿布、成人失禁用品等 农业：用于土壤保水、植物生长调节剂等 医疗领域：用于吸收伤口渗出液、止血材料等 建筑材料：用于自修复混凝土、调节室内湿度等
化学合成法
原理：通过化学反应将原料转化为高吸水性树脂 优点：可控制产物的性质如吸水能力、分子量等 缺点：需要使用有机溶剂可能对环境造成污染 常用原料：丙烯酸、丙烯酰胺等单体
高吸水性树脂具有优异的保水性能 能够吸收相当于其自身重量数百倍 甚至上千倍的水分。
高保水性
在医疗领域高吸水性树脂可以用于 制造具有保湿功能的敷料和药物载 体促进伤口愈合。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
在土壤改良、节水农业、园艺等领 域高吸水性树脂的高保水性有助于 提高植物生长效率和抗旱能力。
高保水性还使得高吸水性树脂在化 妆品、个人卫生用品等领域具有广 泛的应用前景。
回收再利用：将废弃 的高吸水性树脂经过 处理后重新用于生产 新的高吸水性树脂或 其他用途。
高吸水性树脂的合成与性能研究
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高吸水性树脂的制备：伟然学号：0908010121摘要：本文介绍了高吸水性树脂的分类、性能及在各面的应用。
对高吸水性树脂的合成法进行了综述。
关键词：高吸水性合成树脂；合成法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SAP的吸水性可从两个面反映：一是其吸水溶胀的能力，以吸水率表示，目前报道的最大吸水率是5000倍；另一个是其保水性。
其吸水能力不仅决定于聚合物的结构、组成、形态、分子量、交联度等在因素，外界条件对其影响也很大。
吸水能力的大小可以用吸水率表示，测定法很多，有筛网法、茶袋法、抽吸法、离心法、凝胶烘干法、流动法、染料法、尼龙网袋法等。
1.2.2 保水性SAP不但吸水能力强，而且保水能力也非常强。
所谓保水能力指的是吸水后的膨胀体能保持其水溶液不离析状态的能力。
SAP具有加压难脱水、蒸发慢、对水的保持能力高的特点。
保水性能主要取决于树脂的交联密度，保水性能可以用测定不同压力下的吸水率进行表征或用某一温度下吸水率随放置时间的变化来表示，也可用离心法来进行表征。
1.2.3 凝胶强度SAP吸水后，其凝胶需具有一定的强度，以维持良好的保水性和加工性能。
凝胶强度包括干凝胶强度和吸水凝胶强度两种，一般注重的是吸水膨胀后凝胶的强度，测试法有：利用振荡应力流变计测定树脂凝胶粒的剪切模量来表征凝胶强度，利用Instron一1121型材料实验机和电子天平测定凝胶的挤压能来表征凝胶强度，也可用黏度法来表征凝胶强度。
1.2.4 稳定性作为吸水性材料使用的高吸水性树脂必然会受到外界条件，如光、热、化学物质以及其它条件的影响，使其吸水性能发生改变。
高吸水性树脂的稳定性主要包括热稳定性、光稳定性和储存稳定性等。
高吸水性树脂在常温、与空气隔绝的条件下储存稳定性好，可储存3—5年。
温度在60℃以下SAP对吸水率没有影响，温度在100℃以吸水率稍有降低，温度升高到160℃一180℃时几乎完全失去吸水性。
另外，在紫外线照射下，形成交联结构，SAP吸水率明显降低1.2.5 SAP的应用高吸水性树脂不同于传统的吸水性材料如海绵、纸、棉等。
高吸水性树脂应用广泛，主要应用于卫生用品、农业等面，如土壤改良、农林园艺中育苗保苗等，使灌溉节水，并能提高农作物产量。
值得一提的是1983年将高吸水性树脂应用于婴儿纸尿布。
首先在日本问世。
从此，推起了高吸水性树脂生产和研究的大高潮。
世界各公司纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。
时至今日，高吸水性树脂仍大量用于纸尿布、卫生用品医疗等面。
可见进一步开拓开发高吸水性树脂潜力颇大。
2 高吸水性树脂的合成2.1 按照化学原料的分类按原料可分类三大系列：淀粉系、纤维素系、合成树脂系。
如表1所示：表1 高吸水性树脂按原料来源分类类别主要产品淀粉系淀粉接枝丙稀腈，淀粉接枝丙烯酸盐，淀粉接枝丙烯酰胺，淀粉羧甲基化反应，淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐接枝共聚合纤维素系纤维素羧甲基化，纤维素接枝丙烯腈，纤维素接枝丙烯酸盐，纤维素黄原酸化接枝丙烯酸盐合成树脂系聚丙烯酸类：聚丙烯酸(盐)，聚丙烯酰胺，丙烯酸与丙烯酰胺共聚聚乙烯醇类：聚乙烯醇-酸酐交联共聚，聚乙烯醇-丙烯酸接枝共聚，醋酸乙烯-丙烯酸脂共聚水解2.1.1 淀粉系高吸水性树脂的制备淀粉系高吸水性树脂的制备主要是使淀粉与丙烯酸、丙烯腈或聚丙烯酸钠在交联剂作用下进行聚合，再经分离和后处理制得。
经接枝后，用甲醇水溶液洗涤，聚合物再经干燥，粉碎即得成品。
主要步骤为：淀粉一(通入N2)反应器→搅拌→加热糊化→冷却→加入单体或聚合物和化学引发剂→搅拌→保温反应→皂化→水解(加压)→中和→离心分离→洗涤→干燥→产品。
例如在通氮气及搅拌下，在反应器中将淀粉于90℃下进行糊化，冷却，按2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯酸与丙烯腈为5∶9的比例，在淀粉中于30℃下接枝共聚并加水分解后于6O℃下进行干燥，粉碎即得高吸水性树脂，吸水倍率5000g／g。
1975年日本三洋化学[1]研究淀粉接枝丙烯酸共聚物1978年以商品名SanwetIM1000IM100IM-300问世其吸水能力达1000g/g。
从此开辟了高吸水性树脂研究的新领域。
淀粉接枝丙烯酸(盐)高吸水性树脂是通过淀粉的多糖与丙烯酸(盐)在交联剂存在下聚合得到的，这种树脂具有高吸水性能且可生物降解，当使用丙烯酸作接枝单体时，聚合在水中进行，生成白色弹性凝胶接枝聚合物，用苛性钠水溶液水解此凝胶，然后干燥并粉碎。
当使用丙烯酸钠和丙烯酸作接枝单体时，聚合在甲醇水溶液中进行，所使用的丙烯酸钠与丙烯酸摩尔比为80:20-70: 300，为使聚合物轻度交联以增加接枝产物的不溶于水和凝胶强度，在反应混合物中，加入交联剂，交联剂有N，N-亚甲基双丙烯酰胺，环氧氯丙烷和乙二醇二甲基丙烯酸酯等。
2.1.1 纤维素系高吸水性树脂由于淀粉系高吸水性树脂的出现，使人们想到用纤维素为原料制备高吸水性树脂。
纤维素与淀粉一样，原料来源广，能与多种低分子反应，是近十多年来吸水性材料发展的一个面。
纤维素具有很强的吸水性，这一面由于它是亲水性的多羟基化合物;另一面因为它是纤维状的物质，有很多的毛细管，表面积大。
因此，它作为吸水性材料获得了广泛的应用。
但是纤维素的吸水能力不强，为了提高其性能，主要是通过化学反应使它具有更强或者更多的亲水基团，但仍然成为纤维状态，以保持它表面积大和多毛细管性。
制备的法一般是通过醚化、酯化、接枝共聚等法中的一种或几种，以制备纤维素基吸水性材料。
1 醚化-交联法醚化-交联法是制备纤维素基吸水性材料的一类常用法。
一般有三种式:（1）先交联后醚化;（2)先醚化后交联;（3)醚化与交联同时进行。
不论采用种式，均需要将精制好的原料纤维素与碱溶液相互作用生成碱纤维，以去掉可溶性的低分子物，同时使纤维的结晶受到破坏、增加纤维素大分子的反应活性。
这里的原料纤维素是指天然纤维素如木浆等；醚化时所使用的醚化剂通常为一氯醋酸及其盐、二氯醋酸及其盐、环氧乙烷、环氧丙烷等；交联时所使用的交联剂则一般是多官能反应基团化合物。
2 酯化法利用纤维素或其衍生物分子中的羟基易于同酸酐或氯酐起反应的特性，即可制备纤维素基吸水性材料。
曾被开发的材料有两种，纤维素基黄原酸盐吸水性材料和羧甲基纤维素碳酸盐吸水性材料。
3 接枝共聚法接枝共聚法是制备纤维素基吸水性材料的主要途径。
所使用的原料既可是毛纤维、韧皮和木质纤维一类的天然纤维[2]，也可是甲基纤维素（MC)、羧甲基纤维素（CMC)和乙基纤维素（EC)一类的纤维素衍生物，也可是人造丝一类的人造纤维素等。
一般而言，天然纤维接枝是发展的重要面，因为它不需要制成衍生物，有利于降低成本，是人们所希望的，然而如提高接枝效率则是制备吸水性材料的关键。
与纤维素或纤维素衍生物接枝的单体可以是亲水性和水解后变成为亲水性的乙烯类单体。
通过接枝共聚法制备的纤维素基吸水性材料有时则不易保持水不溶性，为此需要加入交联剂进行交联，以降低或者消除材料的水溶性，而交联的式既可在接枝的同时进行，也可在接枝前后进行。
不过，交联的密度尽可能的低，否则就直接影响到材料的吸水性能。
纤维素基吸水性树脂存在的问题，其中最突出的是阴离子型吸水性材料耐盐性比较差，吸水速度慢;而非离子型吸水材料的吸水速度较快，耐盐性也较好，但吸水能力比较低。
因此如提高纤维素基吸水材料的耐盐和吸水速度，还有待于进一步研究。
2.1.3 合成树脂系高吸水性树脂合成树脂系高吸水性树脂自70年代以来迅速兴起，首先在日本发展迅速，紧接着美国、德国、法国、英国等广泛研究，已成为高吸水性树脂发展的重要面。
现在已工业化生产的高吸水性树脂以合成树脂系—聚丙烯酸钠占主导地位。
合成树脂系高吸水性树脂目前的种类也很多，且随着研究的深入，越来越多。
主要有丙烯酸(盐)类、丙烯腈类、聚乙烯醇类等。
其中以聚丙烯酸（盐）类最重要。
合成树脂系高吸水性树脂实际上是一种低密度交联的高分子聚合物[3]。
众所知，水溶性高分子化合物进行交联，其性能依其交联程度的变化，由水溶性转变为膨润性的树脂，若进一步的交联就变成吸水性树脂。
依交联程度可分为交联度高和交联度低两种。
前者称之为高密度交联，后者称之为低密度交联。
高密度交联的树脂，由于交联密度高，阻碍水的渗入，吸水能力很低。
不是高吸水性树脂，只能说是亲水性树脂或低吸水性高聚物，低密度交联的树脂，过去没有引起人们的注意，人们在发现了高吸水性树脂并发现高吸水性树脂就是一种低密度交联的高聚物后。
由此而引起人们对低密度交联树脂的重视。
交联密度低，水分子容易渗入树脂中使树脂膨胀，进一步亲水而凝胶化，成为高吸水性状态。
但交联密度不能太低，否则，就会溶解于水。
因此，最好是在不溶于水的状态下处于最低交联程度的树脂，才有可能是高吸水性的高聚物。
高吸水性树脂之所以能吸水，从结构上看，就是它的分子链上存在有大量的亲水性基因和羧基、基、酰胺基等。