环境友好型高吸水性树脂的制备及农业应用试验
高吸水性树脂的制备与应用研究
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
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。
高吸水树脂的制备——高化实验报告
高分子化学实验报告
水。当渗透压差消失时，树脂便达到了吸水平衡。 3.影响高吸水性树脂吸水倍率的因素有哪些？ 答：影响因素很多。从原料上考虑，有单体的类别、中和度，还有交联剂、引发剂的 类型和用量；从聚合过程上考虑，有聚合温度、聚合时间、加料方式等；从成品的角度考 虑，有结构助剂、防老化剂的用量等等。 九、 实验心得
COOH COOH
NaOH Na2S2O8
COOH O NH NH OCHN OCHN O CONH CONH
COOH
CO因为制备高吸水树脂需要以丙烯酸钠作为一部分单体， 因此 选用水溶液聚合更加方便。 三、 实验背景
高吸水性树脂 （Superabsorbent polymers， 简称 SAP） ， 是一种新型功能性高分子材料， 它能吸收相当于自身质量数百倍甚至上千倍的液体， 同时具有较高的保液能力， 不能用简单 的物理方法将内部水分挤出，还可以反复吸水释水，因此其用途极为广泛。 高吸水性树脂按原料来源主要分为三大系列： 即淀粉系列、 纤维素系列和合成树脂系列。 淀粉系包括淀粉接枝、 羧甲基化淀粉、 磷酸酯化淀粉和淀粉黄原酸盐等； 纤维素系包括纤维 素接枝、 羧甲基化纤维素、 羟丙基化纤维素和黄原酸化纤维素等； 合成树脂系包括聚丙烯酸 盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类和无机聚合物类等。 高吸水性树脂的性能包括树脂的吸收能力、吸液速率、保水能力、强度和稳定性等，
3
高分子化学实验报告
下图分别为聚合得到的凝胶（左）和切割得到的胶块（右） ：
下图分别为烘干后的吸水树脂（左,薄膜态）和吸水饱和后的树脂（右，胶冻态） ：
六、
注意事项 1. 本实验为研究型实验， 中和度、 交联度和引发剂用量都为可选条件， 在实验前应明
确分工，并进行详细记录，我们将中和度和交联剂用量作为了变量。 2. 在中和过程中， 氢氧化钠水溶液应滴加到丙烯酸中， 使其缓慢放热。 中和度用摩尔 比计算。 3. 在聚合过程中不可搅动溶液，聚合之后应用去离子水洗涤，而不是自来水。
高吸水性树脂在农林业上应用的研究进展
７℃反应 ３６ ， Ｏ —ｈ分离冷却干燥后所得即为产品 。
１１ ．． ２聚丙烯酰胺 树脂 的制备
采用 丙烯 酰 胺 的水 溶 液 通 过 油 溶性 的乳 化剂 ， 分 散在 部分有机 溶剂 中 ， 然后 加入 引发剂 和交联剂 。 结果 得到 细颗粒 状或 乳液 状 的聚 合物 。抽 滤或 破乳 即可 得
３ 影 响高 吸水性树脂 吸水性 因素
（ ）网络 结构 （ １ 即交 联 密度 ）涉及 到合 成高 吸水性 ： 树脂 时所 用交 联 剂 的用 量及 反 应 温 度 和反 应 时 问 。适 度交 联 既可保 证 网络 的充 分 舒 展 ，还 可提 供足 够 强度 的胶 体 。从 而使 高 吸水 性 树脂 达 到 最 大 吸水量 而 不破
一
定 量 的溶剂 悬浮在反 应器 中充分搅拌 分散后 ， 加入 由
氢 氧化 钠 中和至 一定 中和度 的丙烯 酸 起不到保水作用【 ｌ 】 。 我国是一个农业大国，但水土流失和沙漠化已使
土地质量 每况愈 下 ，农 产 品质 量和数 量也 相应 受 到威 胁， 给人们 的生活 质量造 成 了潜 在性 的危机 。高吸水 性
此外 ，９４年 林 颐庚 Ｉ 功 地将 腈纶 废 丝变 为高 １８ ５ ］ 成 吸水 性 树脂 。其 合成 方 法是 用腈 纶 废丝 得 到羧基或 酰
然高分子原料与烯类单体接枝共聚 ， 再进行适度交联 ， 产品为半和成树脂 ；另一条是完全用合成单体经交联 聚合而得 ， 产品为合成树脂。 １１半合成 高吸水 性树脂 的 制备 ．
２３吸水机 理三 ．
农林 、 草 、 牧 蔬菜 上 的应 用 已多有 报 道 。 小林 等人Ｉ于 攀 ” １９ ９ ４年研 究 高吸水 性树脂 对 作 物生 长 土壤 结构 及土 壤
高吸水树脂的制备及其性质研究
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。
高吸水性树脂的制备、性能测试及其应用研究.
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和应用
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。
高吸水性树脂的制备及在农业生产中的应用
高吸水性树脂是一种具有高吸水特性的新 型功能高分子材料 ．由 ２．１．２ 薄 片 法
于其特殊 的三维空间网状结构 以及含有大量 的亲水基 团．具有 良好 的
薄片法是将吸水性水凝胶与不溶性基材制成复合体 ．再加丁成植
吸水性和保水性 。它又称 为超强吸水剂或高保水 剂。高吸水性树脂具 物栽培薄片 ，敷设在土壤上 。使用 时将种子播放在复合体上 ，施加充足
前 景
． ２．１．４ 重 点 埋 设 混 入 法
１ 高 吸 水 树 脂 的 制备 方 法
重点埋设混入法是 在植 物的根部周 围重 点埋 设混入高吸水性树 脂 ．下雨或灌水时 ．吸收由于重力逃散的水分 ，通 过吸水性树脂 吸存 的
１．１ 反相悬浮聚合
水分缓慢在土壤 中移动的功能有利于植物的生长发 育 。
将 高吸水性材料与营养液按一定 的浓度配置成水凝胶 ．可州于 育
子 ．就没有黏结成块的危险。悬浮液进行分离 、过滤 、洗涤 、干燥等工序 种 ，也可用 于盆栽花卉 、蔬菜 、苗木等 的育苗
后得 到高吸水性材料
２，２ 高吸水树脂在农 业生产 中的优势
１．２ 溶 液 聚 合
２．２．１ 抗旱保水
溶液 聚合法是反应性单体和添加剂溶于适当的溶剂 ．在光 、热 、辐
通过掺杂高吸水材料使土壤持水容量增大 ．减少水分的蒸发 以及
射 、引发剂的作用下 ，生成高聚物的方 法 聚合反应 以溶液聚合为主 ， 深层渗漏 ．从 而提高水分 的持有量 在缺水地区 ．高吸水性材料在 降水
溶液聚合比较 容易控制温度 ．引发剂 、催化剂 、交联剂等其他添加物易 和灌溉期间大量 吸收水分 ．在于旱时期缓 慢放出水分 ．延 长了灌溉周
高吸水性树脂制备与应用研究报告
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。
高吸水性树脂制备、性能测试及其应用研究
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
高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer, 简称SAP)是有一定交联度网络结构的高分子聚合物,其分子链上含有羟基(-OH)、羧基(-COOH)等强亲水性基团。
根据吸水量和用途的不同大致可以分为两大类：吸水量仅为干树脂量的百分之数十者，吸水后具有一定的机械强度，他们称之为水凝胶，可用做接触眼睛，医用修复材料，渗透膜等。
另一类吸水量可达到干树脂的数十倍，甚至高达3000倍，称之为高吸水性树脂。
高吸水性树脂用途十分广泛，在石化，化工，建筑，农业，医疗以及日常生活中有广泛的应用，如用作吸水材料，堵水材料，用于蔬菜栽培，吸水尿布等。
原理高吸水性树脂一般的说，高吸水性树脂在结构上应具备一下特点：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。
由于水被包覆在呈凝胶状的分子网络中，不易流失和挥发。
3. 聚合物应具有一定的立体结构和较高的分子量，吸水后能保持一定的机械强度。
SAP内部的高分子链互相缠绕形成三维网状结构，其吸水过程分为三个阶段：①高吸水性树脂通过毛细管吸附作用吸入水分子；②在水分子作用下，SAP分子链上的亲水基团离解为阴离子和阳离子，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性，如图所示，阴离子固定在高分子链上，分子链上的阴离子之间的静电排斥将导致高吸水性树脂中三维网状结构的逐渐膨胀，与此同时亲水基团被不断电离，使三维网络结构内外的渗透压逐渐增大，从而使更多的水渗入高吸水性树脂内部；③吸水达到饱和，此时聚合物分子链间的阻力大于离子浓度差提供的驱动力。
SAP的吸水能力由物理作用和化学作用共同贡献，与海绵、棉花等材料的物理吸水并不相同。
SAP依靠分子链上亲水基团与水分子之间的范德华力将水分子吸收，并通过分子链交联成的网状结构将水分子束缚在网格中。
实验六 高吸水性树脂的制备
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。
五、思考题
1. 影响高吸水性树脂吸水率的因素有哪些？它们 如何影响材料的吸水率？
2. 高吸水性树脂对蒸馏水和盐水的吸收量有何不 同？为什么？
实验六 高吸水性树脂的制备
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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。
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。
《论文_高吸水性树脂的制备 与应用研究(定稿)》道
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、无机聚合物类取?.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及在农业生产中的应用
高吸水性树脂的制备及在农业生产中的应用作者：王云程天骄董婧来源：《科技视界》2016年第05期【摘要】本文综述了高吸水树脂制备方法及其在农业生产中的应用方法、优势及发展前景。
高吸水树脂可以利用自身的吸水性、保水特性以及缓释作用，提高水分、肥料的利用率，改良土壤结构，达到节约资源、保护环境、促进植物生长发育、提高产量的目的。
我国目前应该在提高高吸水树脂性能，扩大农业生产应用方面加强研究。
【关键词】高吸水性树脂；制备方法；农业高吸水性树脂是一种具有高吸水特性的新型功能高分子材料，由于其特殊的三维空间网状结构以及含有大量的亲水基团，具有良好的吸水性和保水性。
它又称为超强吸水剂或高保水剂。
高吸水性树脂具有吸水率高、保水性好、重量轻、受压后不易脱水等优点，拥有广阔的应用空间。
高吸水性树脂可以吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水分，而且具有在加压加热条件下也不脱水的高保水能力，可反复吸水——释水——再吸水的重复吸水能力以及高度的安全无毒性[1]。
目前，高吸水树脂被广泛应用于医学、工业、农业等方面，尤其在农业节水灌溉、提高植物保肥能力、提高作物发芽率等方面具有良好的应用前景。
1 高吸水树脂的制备方法1.1 反相悬浮聚合反相悬浮是以油相物质为分散介质，将分散剂及助分散剂溶解在油相中，在氮气保护下加热至反应温度，再滴加配好的待聚合的单体液，依靠悬浮稳定剂的作用分散在油相中，单体水溶液在强力搅拌剪切力的作用下，单体液层中大的液滴被分散成小液滴，形成油包水的悬浮液。
在一定搅拌强度和界面张力下，达到一定的平均细度。
采用水溶液引发剂在水相中发生聚合反应，当聚合反应到一定程度，溶液变得具有很大的粘性，两液滴碰撞时，往往黏在一起，结果很快黏结成大块，这是发黏阶段。
当转化率达到60%～70%以上时，液滴变成固体粒子，就没有黏结成块的危险。
悬浮液进行分离、过滤、洗涤、干燥等工序后得到高吸水性材料[2]。
1.2 溶液聚合溶液聚合法是反应性单体和添加剂溶于适当的溶剂，在光、热、辐射、引发剂的作用下，生成高聚物的方法。
高吸水性树脂在农田水利中的应用研究
高吸水性树脂在农田水利中的应用研究随着农业科技的不断发展，农田水利系统的建设对提高粮食产量和农田生态环境的保护起到了重要的作用。
而高吸水性树脂作为一种新型的水润性材料，正在逐渐被广泛应用于农田水利中。
本文将从高吸水性树脂的特性、在农田水利中的应用以及未来的发展方向等方面进行探讨。
高吸水性树脂以其卓越的吸水性能而闻名，它可以吸收自身重量数十倍甚至数百倍的水分。
这种吸水能力与其内部微孔的独特结构密切相关。
与传统的保水材料相比，高吸水性树脂不仅具有更大的吸水容量，而且还能够稳定地释放吸收的水分，保持土壤的湿润状态。
此外，高吸水性树脂还具有优异的保水性能，在干旱地区和山区等水资源短缺地区，可以发挥重要的作用。
在农田水利中，高吸水性树脂可以应用于多个方面。
首先，它可以用于土壤改良。
通过在农田中添加高吸水性树脂，可以有效地改善土壤结构，提高土壤保水能力。
这对于干旱地区和沙质土壤的灌溉和植物生长非常有益。
其次，高吸水性树脂还可以用于植物种植。
将高吸水性树脂与肥料混合施用到植物根部附近，可以延长植物根系的吸水范围，提高植物的抗旱能力和养分吸收效率。
高吸水性树脂还可以用于农田水利系统的节水管理。
在灌溉过程中，高吸水性树脂可以作为水分转运媒介，将水分输送到植物根部附近，减少水分的损失和浪费。
此外，高吸水性树脂还可以作为土石坝的堵水材料，用于修复和加固农田水利工程中的渗漏问题。
这在防治滑坡和土壤侵蚀等问题上具有重要意义。
虽然高吸水性树脂在农田水利中的应用已经取得了一定的突破，但仍然存在一些挑战。
首先，高吸水性树脂的成本相对较高，这增加了其在农田水利中的使用成本。
其次，高吸水性树脂的长期稳定性和环境友好性也需要进一步的研究和改进。
因此，在未来的发展中，除了继续改善高吸水性树脂的性能和降低成本外，还需要加强与其他农田水利技术的结合，实现更加综合、可持续的农田水利管理。
综上所述，高吸水性树脂在农田水利中的应用潜力巨大。
通过充分发挥其吸水保水的特点，高吸水性树脂可以有效地改善土壤环境，提高植物的生长条件，减少水资源的浪费。
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环境友好型高吸水性树脂的制学化工与环境工程学院ꎬ河南焦作 ４５４０００)
摘要:以来源广泛、价格低廉的小麦秸秆和高岭土为原料ꎬ通过与单体丙烯酸、丙烯酰胺水溶液共聚的方法制备环 境友好型复合高吸水性树脂ꎮ 确定的最佳制备条件:中和度为 ７５％ 、纤维素用量为 ２０％ ꎬ丙烯酰胺与丙烯酸质量比为 ０. ４、高岭土用量为 １６％ 、引发剂用量为 ０. ４％ 、交联剂用量为 ０. ０３％ ꎬ共聚温度为 ７０ ℃ ꎮ 红外光谱法对树脂结构进行 分析ꎬ最佳条件下制备的树脂吸水性和耐盐性好ꎬ在蒸馏水和 ０. ９％ ＮａＣｌ 盐溶液中的吸水率分别为 ５１２. ６、１４８. ４ ｇ / ｇꎮ 制备的树脂有一定的抗旱性ꎬ５ ｇ 复合吸水树脂和 １ ０００ ｇ 沙质土壤均匀后混合后加水 ３００ ｇ 能使绿豆植株良好生长 １５ ｄꎮ 关键词:小麦秸秆ꎻ高岭土ꎻ丙烯酸ꎻ丙烯酰胺ꎻ环境友好ꎻ高吸水性树脂 中图分类号: ＴＱ３２２ 文献标志码: Ａ 文章编号:１００２ － １３０２(２０１９)０２ － ０３０６ － ０３
收稿日期:２０１７ － １１ － ０１ 基金项目:河南省焦作市科技计划( 编号:２０１７０１５５) ꎮ 作者简介:贺龙强(１９７７—) ꎬ男ꎬ河南洛阳人ꎬ硕士ꎬ讲师ꎬ主要从事材
料及环境方面的教学及科研工作ꎮ Ｅ － ｍａｉｌ:ｈｅｌｏｎｇ＿ｈｅ＠ １２６. ｃｏｍꎮ
化学技术有限公司ꎻ丙烯酸( ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄꎬ简称 ＡＡ) :分析纯ꎬ 购自天津市博迪化工有限公司ꎻ丙烯 酰胺 ( ａｃｒｙｌａｍｉｄｅꎬ简 称 ＡＭ) :分析纯ꎬ临海兴化化学厂生产ꎮ 试验于 ２０１７ 年 ６—７ 月 在河南焦作地区焦作大学校内试验室进行ꎮ １. ２ 方法 １. ２. １ 小麦秸秆的预处理 将无霉变的小麦秸秆洗净、烘 干、粉碎、过筛ꎬ将其置于 ２０％ 的 ＮａＯＨ 溶液中浸泡 １２ ｈꎬ于 １００ ℃ 下用 ２ ｍｏｌ / Ｌ 的硝酸溶液降解处理 ３０ ｍｉｎꎬ而后水洗至 中性ꎬ晾干后待用ꎮ １. ２. ２ 丙烯酸中和液的配制 配制 ３０％ ＮａＯＨ 溶液ꎬ冰水 浴条件下将 ＮａＯＨ 溶液加入丙烯酸中进行中和反应ꎬ冷却后 得丙烯酸中和液ꎬ待用ꎮ １. ２. ３ 复合高吸水性树脂的制备 三口烧瓶中加入一定量 处理好的小麦秸秆、丙烯酸中和液和适量蒸馏水ꎻ保持 ＡＭ 与 ＡＡ 总量为 １２ ｇꎬ加适量 ＡＭ 和高岭土于三口烧瓶中ꎻ充分搅 拌条件下加过硫酸钾( ＫＰＳ) 引发剂和 ＮꎬＮ′ － 亚甲基双丙烯 酰胺( ＭＢＡ) 交联剂ꎬ升温至 ７０ ℃ 聚合反应一段时间后出料ꎬ 料液再经烘干、粉碎、筛分ꎬ得吸水树脂ꎮ １. ２. ４ 性能测试 树脂在去离子水或 ０. ９％ ＮａＣｌ 溶液中的 吸水率按文献[８] 所述方法测试ꎮ
高吸水性树脂(ｓｕｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｒｅｓｉｎꎬ简称 ＳＡＲ) 有强的吸 水性和保水性ꎬ为三维网状结构的交联性功能高分子材料ꎬ在 农林绿化、荒漠治理、医疗卫生、建筑堵漏、石化等领域应用广 泛[１ －３] ꎮ 传统丙烯酸类高吸水性树脂有高的吸水性和保水性ꎬ 但其耐盐性差、生物降解困难、价格高的缺陷使其应用受到了一 定限制[２ꎬ４] ꎮ 无机黏土复合高吸水性树脂能改善传统吸水树脂 的上述缺陷ꎬ而且也可以扩大无机黏土的应用范围ꎬ近年来无 机 － 有机复合类高吸水性树脂的研究逐渐为人们所重视[３ꎬ５] ꎮ
高岭土为无机硅酸盐类黏土ꎬ具有表面积大、多羟基、活 性点的特性ꎬ有一定的亲水性ꎬ可作为制备复合高吸水性树脂 的原料ꎬ同时高岭土中含有植物生长所需的多种养分元素ꎬ可 以改善土壤理化性质ꎬ利于农业化应用[６] ꎮ 秸秆是一种可再 生天然资源ꎬ含有丰富的纤维素成分ꎬ然而多年来未被充分利 用ꎬ甚至被焚烧ꎬ造成资源浪费和环境污染ꎬ用秸秆制备高吸 水性树脂能减少资源浪费和环境污染ꎬ而且还能增加树脂功 效ꎬ使其易于降解、降低成本[７] ꎮ 为此ꎬ本研究以来源广泛、 价格低廉的农林废弃资源———小麦秸秆及无机黏土类矿物资 源——— 高岭土为原料ꎬ通过与单体丙烯酸、丙烯酰胺水溶液 法共聚制备环境友好型复合高吸水性树脂ꎬ着重考察中和度、 引发剂用量等制备条件对树脂吸水性的影响ꎬ红外光谱法对 其结构进行分析ꎬ同时对其农业应用进行研究ꎮ
１ 材料与方法
１. １ 材料 高岭土:化学纯ꎬ购自天津市福晨化学试剂厂ꎻ小麦秸秆:
河南省焦作市ꎻ过硫酸钾( ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅꎬ简称 ＫＰＳ) :分 析纯ꎬ北京化工厂生产ꎻＮꎬＮ′ － 亚甲基双丙烯酰胺( ＮꎬＮ′ － ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉａｃｒｙｌａｍｉｄｅꎬ简称 ＭＢＡ) :分析纯ꎬ购自上海迈瑞尔
２ 结果与分析
２. １ 制备条件对树脂吸水率的影响 ２. ２. １ 丙烯酸中和度的影响 由图 １ 可知ꎬ一定范围内树脂 的吸水率随丙烯酸中和度的增加而增加ꎬ超出范围后树脂的 吸水率随中和度的增加而下降ꎮ 这是由于中和度较小时ꎬ体 系的酸性较强ꎬ单体丙烯酸的活性高ꎬ容易形成自身交联的酸 酐副产物ꎬ不利于树脂的合成ꎮ 同时中和度低ꎬ—ＣＯＯＨ 电离 度低、高分子网链上的—ＣＯＯ 数量少ꎬ静电斥力弱ꎬ网链不易 伸展ꎬ渗透压低ꎬ吸水性弱ꎻ中和度增加时ꎬ—ＣＯＯＨ 电离度增 加ꎬ高分子网链上的—ＣＯＯ 基团数量增多ꎬ静电斥力增加ꎬ网 链结构较易伸展ꎬ渗透压增加ꎬ吸水性增加ꎻ但当中和度过大 时ꎬ过多的 Ｎａ ＋ 游离于网络内ꎬ因而负电荷所产生的静电斥力
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江苏农业科学 ２０１９ 年第 ４７ 卷第 ２ 期
贺龙强ꎬ付克明ꎬ刘中阳ꎬ等. 环境友好型高吸水性树脂的制备及农业应用试验[ Ｊ] . 江苏农业科学ꎬ２０１９ꎬ４７(２) :３０６ － ３０９. ｄｏｉ:１０. １５８８９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００２ － １３０２. ２０１９. ０２. ０７３
江苏农业科学 ２０１９ 年第 ４７ 卷第 ２ 期