高吸水树脂的制备与表征

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1、高吸水树脂的制备与表征刘东付轶群邹浩摘要：用了一种改进的方法以淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺为单体进行共聚，制备出了一种高吸水树脂，并在不同的溶液中探讨了其吸水率与盐溶液浓度以及pH的关系。关键词：淀粉丙烯酸丙烯酰胺高吸水树脂吸水率1.引言高吸水性树脂(superabsorbentpolymer,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

2、，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。自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等材料所承担的。但这些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多仅为自身重量的20倍左右，而且一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂。高吸水性树脂(SPA)又称超强吸水剂[1]，是一种新型的功能高分子材料。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，

3、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。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，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。同时，树脂本身的交联网状

4、结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。淀粉类高吸水性树脂，由于其原料淀粉来源广泛，廉价易得，无毒无害，且吸水树脂的降解性好，对环境友好，成为近几年发展很快的一种新型功能高分了材料，引起了人们较大的兴趣及广泛关注，已成为吸水性树脂领域的研究重点之一。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

5、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。高吸水树脂一般分为两大类：一类是以淀粉和纤维素为原料与乙烯基单体接枝共聚而制成的天然高分子改性产品；第二类是以石油化工产品如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯为原料通过聚合反应制成的合成产品。由于石油资源日益匮乏,天然高分子改性产品尤其是淀粉接枝共聚物的合成已引起广泛重视。目

6、前，淀粉类吸水树脂主要有淀粉接枝丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等树脂产品。其中丙烯腈类树脂水解物吸水率高，可生物降解，但工艺复杂，残余氰基有毒；丙烯酸类树脂吸水率高，但耐盐性差；丙烯酰胺类树脂耐盐性高，但吸水率低。因此给实际生产应用带来了一定的困难。本研究采用淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚法，由过硫酸铵引发玉米淀粉产生自由基，再与丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚，通过交联剂---亚甲基双丙烯酰胺使接枝共聚物发生适度交联，制备出吸水倍率达550的超强吸水剂。1.实验原理淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，

7、用碱性化合物水解引入亲水性基团的产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋化成公司首开先河的。与当前主流产品丙烯酸类高吸水性树脂相比，淀粉接枝共聚高吸水性树脂因淀粉原料来源丰富，价格低廉，为其合成提供了优越的供应条件;其独特的吸水性能、优异的保水性能及良好的加工性能，为其应用奠定了良好基础。缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。图1用Ce4+引发淀粉与丙烯腈接枝共聚的原理丙烯酸类吸

8、水剂是以丙烯酸为原料，通过聚合的方法制造吸水性材料的，而聚丙烯酸盐就是其中一种，制造聚丙烯酸类吸水剂所用的原料有单体、交联剂、引发剂以及碱等。在本实验中，我们所用的单体为丙烯酸（CH2=CH-COOH），引发剂为过硫酸铵（NH4S2O8），交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，碱为氢氧化钠，其制造原理为自由基连锁聚合反