高分子吸水性树脂的研究进展 高分子化学期末论文

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1、高分子吸水性树脂的研究进展高分子化学期末论文高分子吸水性树脂的研究进展摘要本文介绍了高吸水树脂的吸水原理、制备方法、应用及国内外的最新研究成果。关键词高吸水树脂,聚丙烯酸系,反相悬浮聚合高分子吸水性树脂(SuperAbsorbentPolymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，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[1]。因此，它在日常生活[2]、工农业生产[3]、土木建筑[4]等各个领域都有广泛用途。高分子吸水性树脂是一类

2、含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚[1]乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%[2]。本文将就高吸水树脂的吸水原理、制备方法及国内外目前的研究开发进展做一介绍。1吸水

3、原理高分子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，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结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。Flory曾提出下列公式描述高分子电解质[5

4、]的膨胀情况：Q------------------吸水倍率i/Vu---------------固定在高聚物上的电荷密度S------------------外部溶液电解质的离子强度(1/2-?1）/V1----水同高聚物交联网络的亲和力Ve/Vo------------高聚物的交联密度上述公式中,分子的第一项表示渗透压的影响，第二项表示树脂与水的亲和力，两项之和表示利于高分子网络伸展膨胀的作用力；分母为交联密度，代表限制网络膨胀的收缩力。当二者达平衡时，吸水倍率最大。当水中含有少量盐类时，反渗透压降低

5、，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水树脂在0.9%NaCl溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右[6]。[7]吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150?C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高

6、吸水树脂的热力学性质决定的。2制备聚丙烯酸系高吸水树脂主要有反相悬浮聚合[6,8]及溶液聚合[9]两种方法。另外也有通过辐射聚合制备的[10]。2.1反相悬浮聚合一般悬浮聚合是以水为分散介质，反应单体或高分子(油相)作为液滴或粒子，引发剂、催化剂等溶解在油相中进行反应的合成法。反相悬浮聚合是以油相为分散介质，单体或高分子作为水相，依靠悬浮稳定剂的作用分散在油相中，形成油包水的悬浮液，采用水溶性引发剂或催化剂在水相中进行反应的合成法。由于丙烯酸类单体多为亲水性或水溶性物质，故反相悬浮聚合成为其制备的主导方法

7、。反应时，一般先将丙烯酸中和到70～85%，与共聚单体、交联剂(多用N,N-亚甲基双丙烯酰胺)、引发剂(多用过硫酸盐)溶于蒸馏水中(单体浓度以25%为宜)，制得混合单体溶液，然后将其加入到轻油和悬浮稳定剂(多为Span系列)组成的油相中(油水比以3～5为宜)，混合均匀，通氮气驱氧，然后升温至50～80?C，反应3～4h，经甲醇洗涤、干燥得产品。反相悬浮聚合制得产品吸水速度快，吸水能力高，粒径分布均匀，后处理简单，只需干燥即可获得产品，无需进[6,8]行粉碎筛分，但存在溶剂回收问题。为了提高反应的稳定性及产

8、品的吸水能力，许多学者做了大量研究工作。[6]交联密度对树脂的吸水能力影响极大。研究表明，在一定条件下，交联密度的大小直接决定了树脂的吸水能力。蒋笃孝等[6f]采用聚乙二醇双丙烯酸酯作交联剂制备聚丙烯酸钠(PSA)高吸水树脂，发现交联剂链长对树脂吸水率及吸水速率影响较大。当聚乙二醇分子量为600时，树脂的吸水率最大，吸去离子水达1150g/g(系指平衡吸水倍率，下同)，吸0.9%NaCl水溶液125g/g，且所得凝胶具有较大强