超强吸水剂
高吸水性树脂
高吸水性高分子材料材料学吕岩1411093004摘要：在这篇综述中，探究的领域是高吸水性高分子材料，其中主要指的是高吸水性树脂。
大体概述了其发展、结构，分类，吸水原理等；及几类简单的高吸水性树脂的制备方法。
如淀粉类、纤维素类、共聚合类等。
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、医疗卫生、园艺、建筑材料、食品加工等多个领域。
关键词：高吸水性树脂原理性能制备广泛应用Super absorbent polymer materialsMaterial science lvyan 1411093004Abstract:In this review, I explore the area about super absorbent polymer materials, mainly refers to the superabsorbent resin. Generally overview of its development, structure, classification, principle of absorbing water, etc.; And at the same time introduce some simple method of preparation of superabsorbent resin. Such as starch, cellulose, copolymerization, etc. Super absorbent resin is a kind of new functional polymer material, because it can absorb hundreds to thousands of times the mass of the water, and it has good water retention. So it has been widely used in agriculture, health care, gardening, building materials, food processing and other fields.Keywords: Super absorbent resin Principle PerformancePreparation Super extensive applications引言高吸水性高分子材料(Super Absorbent Polymer简称SAP)主要指高吸水性树脂，也称为超强吸水剂、高吸水性聚合物一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。
反相悬浮聚合法合成超强吸水剂
反相悬浮聚合法合成超强吸水剂田大听 过俊石 谢洪泉*(华中理工大学化学系 武汉430074)摘 要 以两性高分子作悬浮稳定剂,用反相悬浮聚合法合成了聚(丙烯酸盐-丙烯酰胺)类超强吸水剂.研究了交联剂、稳定剂、引发剂等用量、中和程度、单体组成及链转移剂等聚合条件对吸水剂吸水性能的影响.得到了吸蒸馏水1050mL /g 及吸0.9%Na Cl 溶液86mL /g 的超强吸水剂.此外,还比较了含不同反离子的聚丙烯酸类吸水剂的吸水性能.关键词 反相悬浮聚合,吸水剂,丙烯酸,丙烯酰胺超强吸水剂是一种特殊的功能高分子,已广泛应用于婴儿尿片,医用吸水垫以及农林业保墒材料等.最早采用淀粉接枝丙烯腈再经皂化的方法制得,现已发展到用聚丙烯酸盐[1].后者可用溶液聚合,反相乳液聚合及反相悬浮聚合法得到.反相悬浮聚合法的优点是聚合热容易除去,产物呈小颗粒状,较易后处理,吸水率高,已成为制造聚丙烯酸盐类吸水剂的主导方法.聚合时,一般采用HLB 值小的表面活性剂司班(Span)等作为聚合稳定剂[2～4].也有用十八烷基磷酸单酯为稳定剂[5,6].本文采用两性高分子作为稳定剂,研究了丙烯酸盐的反相悬浮聚合及其与丙烯酰胺共聚的各种条件对吸水性能的影响,结果表明,效果较司班等要好,聚合体系稳定,产物颗粒合适,易于操作,且吸水及吸盐性能优异.1 实验部分1.1 原 料丙烯酸(AA)聚合级,北京东方化工厂产;交联剂N ,N -亚甲基双丙烯酰胺(M BAM )、过硫酸钾、甲醇、环己烷、甲酸均为化学纯;高分子稳定剂(PSR)为两性聚合物(丙烯酸及其十八酯共聚物),由本实验室自制.1.2 超强吸水剂的合成及性能测试将用一定量碱中和的丙烯酸与交联单体、引发剂K 2S 2O 8溶于蒸馏水中加入到由PSR 、环己烷所组成的油相中,搅拌约30min 后,在氮气保护下加热到70℃.维持一定的搅拌速度,聚合4h,降至室温,快速过滤分离,用甲醇洗涤数次.干燥后得到小颗粒状聚合物.称重,计算转化率.与丙烯酰胺(AM)共聚时,则将AM 溶于水相,其它同均聚.吸液率测定系称取0.5g 吸水剂置于1000mL 蒸馏水的烧杯中,室温下静置1h 后,用100目尼龙布袋过滤,量出滤液体积.吸液率(mL/g )=加入液体积(m L)-滤液体积(m L)吸水剂质量(g )吸盐水率则用0.9%氯化钠溶液代替蒸馏水,操作及计算同上.1997年10月 CHI NESE JOU RN AL O F A P PL IED CHEM IST RY O ct.19972 结果与讨论2.1 交联剂和稳定剂用量的影响由图1可知,随交联单体M BAM 用量的增加,转化率几乎不变,而产物聚丙烯酸钠盐的图1 交联剂用量对转化率和吸液率的影响1.转化率;2.吸水率;3.吸盐水率吸水率或吸盐率都会出现最大值.这是因为,交联剂用量小,聚合物中可溶的线型大分子多,吸水率低.若用量过大,则交联密度太大,聚合物的网络空间变小,溶胀性不好,因而所能容纳的液体量减少,这从Flory [7]关于离子型网络的膨胀理论也可预测到,其公式如下:q 5/3m =(i2V u S *1/2)2+1/2-X 1V 1V c V 0(1)其中q m 代表膨胀比,i /V u 代表网络上固定电荷的浓度,S *代表外界离子浓度,X 1代表相互作用参数,V 1代表水的体积分数,V c /V 0即交联密度.由公式可知膨胀比与离子渗透压及亲水性有关,与交联密度成反比.因此交联剂用量愈大则吸水膨胀比愈小,也即吸水率愈低.当水中存在外加的电解质离子时,由于降低了水与网络内离子的浓度差,减小了渗透压,使吸水剂的吸液能力下降,从式(1)也可看出,S *增加则分子中第一项减小,导致q m 降低.图2 稳定剂用量对转化率和吸液率的影响1.转化率;2.吸水率;3.吸盐水率为了保证反相悬浮聚合的顺利实施,防止聚合物粒子间发生粘结,必须向体系加入一种能起空间稳定作用(ster ic stabilization)的悬浮稳定剂.本文采用两性高分子作稳定剂.从图2可见,稳定剂用量除低于2%(对单体总质量,下同)外对转化率很少影响.当PSR 用量为4%时,吸水剂的吸液率达到最大值.低于4%时,反应体系不稳定,易凝聚,因而性能不好.PSR 过量时,则所合成的聚合物粒子较小,吸液性能也不好.这类吸水剂的吸水机理是由于聚合物网络内外离子浓度差引起的渗透作用以及COO -基团的排斥作用使网络膨胀等导致的.当聚合物粒子表面覆盖过多疏水基团时,必然会对这种渗透作用起阻止作用.2.2 中和度和引发剂用量的影响中和度对AA 的聚合及产物的吸水性影响较大.如果中和度过低,则聚合速度过快,易产生副交联反应生成凝胶,且由于聚合物网络中—COOH 基离解程度小,分子链及网络均呈收缩状态,因而吸水率小.随中和度增加,链上—COOH 基离解为—COO -基,由于—COO -基的16应用化学 第14卷 排斥作用,分子链伸直,网络膨胀,因而吸水率增加,从Flory 理论(见式(1))也可预测到,即随i /V u 增加,q m 也增加.但中和度过高时,由于聚合速度下降,转化率下降,可溶的线型聚合物增多,网络减少,使吸水率有所下降.一般以中和度75%为好.转化率随过硫酸钾增加而增加,直到过硫酸钾的用量达到0.25%,产物的吸液率达到最大值.这是因为引发剂用量少,则活性中心少,聚合速度慢,导致了转化率及交联度均低,吸液率小;如果引发剂用量太多,则聚合速度过快,副交联反应增加,导致交联度过大,吸液率变小.2.3 油/水质量比和共聚单体(AM )的影响分散介质的组成主要影响聚合热的控制及聚合物粒子的大小.油/水质量比增大,转化率略有下降,产物颗粒变小.如果颗粒过小,易生成胶球,妨碍了水分渗透,因而吸水率下降(表1);油/水质量比过小,聚合热难以扩散,反应不易控制,副交联反应增加,导致吸水率下降.一般以油/水质量比为3/1最佳.表1 油/水质量比的影响油/水质量比转化率/%吸水率/m L ・g -1吸盐水率/mL ・g -12/195.0600503/194.0770664/193.075065图3 共聚单体(A M )对转化率和吸液率的影响1.转化率;2.吸水率;3.吸盐水率 由图3可见,随着共聚单体AM 的引入,聚合物吸蒸馏水及盐水的能力都逐渐增加.当AM 为单体总量的30%时,达到最大值.虽然—CONH 2基团的亲水性不如—COO -Na +,但由于多重基团的协同作用,导致了吸水性能提高.另外,由于—CONH 2为非离子基团,在水中不离解,受离子的影响小,因此AM 的引入对聚合物的吸盐水性能有所改善.但如果超过30%,则—CONH 2亲水性不如—COO -Na +的特性就会表现出来,从而导致吸液率下降.2.4 不同反离子及链转移剂的影响表2比较了分别用NaOH 、KOH 、NH 3・H 2O 中和的3种丙烯酸盐的均聚物以及它们与AM 的共聚物的性能.表2 不同反离子的影响吸水剂 转化率/%吸水率/m L ・g -1吸盐水率/mL ・g -1PAA -Na +94.077066PAA -K +92.870064PAA -NH +491.565060P (AA -Na +-AM )93.088076P (AA -K +-AM )91.577070P(AA -NH +4-AM )90.571068 结果表明,无论均聚还是共聚,转化率及产物的吸水性能均呈如下顺序:Na +>K +>17第5期田大听等:反相悬浮聚合法合成超强吸水剂18应用化学 第14卷 NH+4.这与3种离子的电荷密度顺序一致.反离子的电荷密度愈大,则水分的渗透作用就会越强.因而含钠离子的聚合物网络中包容的水分最多.为了进一步提高吸液率,选择甲酸作为链转移剂[1]进行聚合.结果发现两种吸液率均在甲酸用量占0.8%时呈现最大值,分别达到1050mL/g及86mL/g,而转化率在甲酸超过0.8%时开始下降.前者是由于聚合物的分子量及交联度被调节至适当的结果;后者可能由于产物分子量过低,水溶部分增多,交联部分减少所致.参 考 文 献 1 Buchho lz F L.Poly m M at Sci Eng,1993;69:489 2 A skar i F,N atisi S,Omidian H et al.J Ap p l P oly m Sci,1993;50:1851 3 张宇东,刘延栋.石油化工,1993;22:672 4 范荣,朱秀林,路建美等.高分子材料科学与工程,1995;11(6):25 5 罗晓峰,李绵贵,何培新.石油化工,1993;22:745 6 罗晓峰,李绵贵,何培新.高分子材料科学与工程,1993;9(4):23 7 F lor y P J.Pr inciples of P olym er Chemistr y.New Y or k:Cor nell U niv Pr ess,Ithace,1953:589Synthesis and Properties of Copolymers of Acrylic Salt and Acrylamide as Superabsorbents by InverseSuspension PolymerizationT ian Dating,Guo Junshi,Xie Hongquan*(Dep artment of Chemistry,H uaz hong University o f S cience and T echnology,Wuhan430074)Abstract Poly(acry lic salt-acry lamide)as superabsorbents w ere sy nthesized by means of in-verse suspensio n polym erization,in w hich the suspension stabilizer w as an am phiphilic co poly mer o f acry lic acid with its octadecyl ester.Poly merizatio n conditions such as am ount of crosslinking monomer,stabilizer,initator,co monom er,neutralizatio n degr ee o f acry lic acid and chain transfer agent o n the w ater-absorbency o f the absorbent w er e studied.T he optim um abso rbency of the superabsor bent obtained is1050mL/g and86m L/g in distilled w ater and0.9%NaCl so lution,r espectively.The effect of different counter ions o f PAA on the absorbency w as also studied.Keywords inverse suspension poly merizatio n,superabsorbent,acrylic acid,acry lamide。
高吸水树脂的性能研究
高吸水树脂的性能研究<em>打开文本图片集摘要：高吸水树脂由低分子单体丙烯酸与大分子母体马鈴薯淀粉通过本体聚合反应聚合而成。
利用扫描电镜、红外光谱仪、元素分析仪等分析手段对高吸水树脂进行表征，并通过合成普通高吸水树脂及含氮高吸水树脂测试了该树脂吸纯水、自来水、生理盐水、人工尿、人工血、不同的盐溶液中和不同pH 值溶液中的吸水性能的探究。
关键词：高吸水树脂；结构表征；性能探究；吸水速率；耐盐性1 引言高吸水树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）又称超强吸水剂，是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并且呈三维交联网状结构的功能性高分子电解质材料。
高吸水树脂的性能远优于传统的吸水材料如纸、棉花、海绵等，其优点和特点如下：不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收相当于其自身重量几百倍乃至几千倍的水；其吸收的水分不易用机械压力压出，具有优异的保水功能；在吸收水分后能形成一定强度的凝胶，且对生物组织无刺激作用；使用方法简单，具有低成本、高效益的绿色环保性[1]。
因其优异的亲水特性，高溶胀比和生物相容性，高吸水树脂被广泛应用于农业[2]、生物医学领域作为抗菌材料[3]、组织工程[4]，和生物传感器[5-6]，去除重金属[7]和药物传递[8-9]等领域是近年来深受人们重视、发展较快的新型功能高分子材料[10]。
2 实验内容2.1 高吸水树脂的合成2.1.1 合成方法普通高吸水树脂的合成[11]：将马铃薯淀粉和去离子水在搅拌下充分混合，加热糊化，然后冷却至室温。
加入提前中和好的丙烯酸、引发剂和交联剂，在氮气保护下于室温搅拌均匀混合。
搅拌下缓慢升温，当温度达到60℃时停止搅拌。
此后继续逐步升温，当温度达到90℃-100℃继续加热使其在该温度范围内反应1-2小时，停止通氮气，冷却至室温。
将产品取出，烘箱中烘干至恒重，粉碎，筛分出需要的粒度，即得高吸水树脂。
含氮高吸水树脂的合成[12]：将普通高吸水树脂用氨水浸泡一定时间，再用95%乙醇离析，干燥，粉碎，即得含氮高吸水树脂。
高吸水树脂及其耐盐性研究
高吸水树脂及其耐盐性研究摘要高吸水性树脂是一种新型高分子材料，在各行各业中都有广泛的应用，在实际应用中，高吸水树脂所吸的都是含盐的水，而盐对高吸水树脂的吸水率又有很大的影响，因此研究高吸水树脂的耐盐性有很大的实际意义，文章介绍了高吸水树脂的吸水机理，盐对高吸水树脂的影响及影响高吸水树脂耐盐性的因素，重点研究了耐盐性改进的几种方法，并对高吸水树脂的未来发展趋势做出展望。
关键词高吸水树脂；耐盐性；吸水率；吸水机理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。
与传统的吸水材料（如纸、棉、海绵等）相比，高吸水性树脂具有吸水容量大、吸水速度快、保水能力强等优越性能，广泛应用于农业、园林、建筑、涂料、石油化工医、疗卫生及环境保护等领域。
1高吸水树脂的吸水机理高吸水性树脂由于是一个交联的三维网络结构，所以其吸水过程是高聚物的溶胀过程，一个比较复杂的过程。
目前，较为通用的离子网络理论认为，高吸水树脂在水中，水分子氢键与高吸水树脂的亲水基团作用，离子型的亲水基团遇水开始离解，阴离子固定于高分子链上，阳离子为可移动离子，随着亲水基团的进一步离解，阴离子数目增多，离子间的静电斥力增大使树脂网络扩张，同时为了维护电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大，网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。
随着吸水量的增大网络内外的离子浓度差逐渐减少，渗透压差趋于零，同时随着网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡。
2盐对高吸水树脂吸水倍率的影响高吸水树脂吸水倍率受盐的影响很大，如吸收纯水可达400倍~600倍的聚丙烯酸盐系吸水树脂，吸自来水为250倍~350倍，生理盐水40倍~60倍，人工海水7倍~l0倍。
盐浓度越高其吸水倍率越低。
耐盐性可分为两个方面，即对钠盐，钾盐等碱金属盐的耐盐性（称作耐碱金属盐性）和对钙盐、镁盐，铝盐等多价金属盐的耐盐性（称为耐多价金属盐性）。
高吸水性树脂
高吸水性树脂高吸水性树脂是一种典型的功能高分子材料，能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分或数十倍的盐水，通常又称为“高吸水性聚合物”、“吸水性高分子材料”、“吸水性高分子树脂”或者“超强吸水剂”等。
高吸水性树脂与普通吸水或吸湿材料，如脱脂棉、海绵、琼脂、硅胶、氯化钙和活性炭等相比，具有吸水速度快、保水能力强等特点，可以广泛应用于农业、林业和日常生活等领域中。
而普通水或吸湿材料一般只能吸收自身质量的几十倍或仅仅十几倍的水分，并且容易在加压时失水，保水能力很差，其开发应用因此受到了很大的限制。
高吸水性树脂发展很快，种类也日益增多，并且原料来源相当丰富，由于高吸水性树脂在分子结构上带有的亲水基团，或在化学结构上具有的低度联度或部分结晶结构又不尽相同，由此在赋予其高吸水性能的同时也各自形成了一些各自的特点，从不同角度出发，就形成了多种多样的分类方法。
按原料来源进行分类。
按照原料来源对高吸水性树脂进行分类，在高吸水性树脂的发展过程中，人们的分类方式也是随着发展水平的提高而不断变化和完善的。
日本的温品谦二曾将高吸水性树脂分为淀粉系列、纤维素系列和合成树脂系列三个系列。
后来，邹新禧结合高吸水性树脂的发展和自己的研究成果，从原料来源的角度提出了六大系列，即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系、蛋白质系、其他天然物及其衍生物系和共混物及复合物系。
按亲水化方法进行分类。
高吸水性树脂在分子结构上具有大量的亲水化化学基团，这些化学基团的亲水性很大程度上影响着高吸水性树脂的吸水保水性性能，如何有效获得这些化学基团在高吸水性树脂化学结构上的组织结构，充分发挥各化学基团所在亲水点的效能，也是影响高吸水性树脂性能的重要方面。
因此，为了获得具有良好性能的高吸水性树脂，需要从亲水性化学基团的选择和化学结构的组织构造两个方面进行考虑，即从亲水化方法考虑。
从这个角度，可以将高吸水性树脂分为两大类。
亲水性单体直接聚合法：选择丙烯盐酸、丙烯酰胺等亲水性良好的单体，直接进行均聚合或者进行共聚合反应，获得如聚丙烯盐酸、聚丙烯酰胺或者丙烯酸/丙烯酰胺共聚物等高吸水性树脂。
高耐盐性超强吸水剂的合成
（ ）以 环 己烷 为分 散 介 质 ， Ｎ’ １ Ｎ， 一亚 甲 基 双 丙 烯 酰 胺 为 交 联 剂 ， 硫 酸 钾 为 引 发 剂 ， ｐ ｎ ６ 过 Ｓ ａ ０
为 悬 浮稳 定 剂 ， 用 反 相 悬 浮 聚合 法 合 成 了超 强 吸 水 丙 烯 酰 胺 一马 来 酸 酐 交 联 共 聚 物 采 （ ）当单 体 组 成 为马 来 酸 酐 质 量分 数 ２ ％ ， 和 度 ９ ％ ， 联 剂 质 量 分 数 ０ ２ ， 发 剂 质 量 ２ ０ 中 ０ 交 ．％ 引 分 数 ０． ％时 ， 脂 有 最 大 吸 液 率 制 得 的 共 聚物 吸 蒸 馏 水 可 达 ８ ０ ｇ ｇ 吸 ０． ％Ｎ Ｃ 溶 液 可 达 ８ 树 ４ ／ ， ９ ａＩ
维普资讯 http:/Hale Waihona Puke
离 子 交 换 树 脂 催 化 合 成 对 枯 基 苯 酚
对枯基苯酚（ 又名 对 异 丙 苯 基苯 酚 ） 重 要 的 有 机 化 工 原 料 和 中 问 体 对 枯 基 苯 酚 与环 氧 乙烷 是
加 成 得 到 非 离 子 型 表 面 活 性 剂 ； 甲醛 缩 合 制 成 烷 基 苯 酚 树 脂 ， 于 涂 料 、 合 剂 等 对 枯 基 苯 酚 与 用 粘 用作 矿 物 油 、 子 油 和 木 材 等 的杀 菌 防霉 剂 ； 于 环 氧 树 酯 和 聚 碳 酸 酯 的 相 对 分 子 质 量 调 节 剂 、 锭 用 反
一
甲基 苯 乙烯 的 质量 分数 ） ％ ， 应 时 间 ５ｈ 反 应 温 度 ８ ５ 反 ， ５℃ 。
高 耐 盐 性 超 强 吸 水 剂 的 合 成
高 吸水 性 树 脂 是 近 年得 到 迅 速 发展 的 一类 新 型 的功 能 性 高 分子 材 料 。这 种 材 料 不 仅 能 吸 收 自 身 质量 数 百倍 至数 千倍 的 水 ， 且 吸 收 的水 分 不 易 用 机 械 压 力 压 出 ， 有 良好 的 保 水 性 能 因 此 被 而 具 广泛 应 用 于 工业 、 业 、 业 、 艺 、 品工 业 及 医疗 卫 生 等 领 域 ， 介 绍 以 Ｋ Ｈ 部 分 中和 的 马 来 酸 农 林 园 食 现 Ｏ
超强吸水剂及其性能影响因素-推荐下载
超强吸水剂及其性能影响因素超强吸水剂(super absorbent resin，简称SAR)即高吸水性树脂。
是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并呈三维交联网状结构的高分子聚合物。
它能迅速吸收自身质量几百到几千倍的水，且保水性能强，对生物组织无刺激作用。
超强吸水剂种类繁多，常见的有淀粉类、纤维素类、聚丙烯酸类，其中淀粉接枝共聚树脂以其原料及树脂性能上的独特优势，成为该领域的研究重点。
淀粉是一种天然高分子聚合物，由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，支链淀粉是无定形结构，只存在微晶，与直链淀粉相比，水分子易渗透进去，容易糊化。
淀粉品种不同，2种成分的含量也不同，因此，淀粉品种的选择对产物性能有重要影响。
普通淀粉由于生产加工过程中的污染含杂质比较多，其合成的产品可应用于农业、化工、环境保护等方面。
但随着SAR在医药领域的应用越来越广泛，对淀粉质量的要求也越来越高。
药用淀粉作为常见的药用辅料，纯度较高，以《中国药典))2005年版二部要求为标准，并以附加值高、市场竞争能力强为特征，具有高吸水性、强力崩解等显著优势，具有广阔的发展前景。
近年来，SAR被广泛应用于医疗卫生等方面，可用于人工器官、医用检验试片，能吸收渗出液并用于制作防止感染的治伤绷带等。
此外，SAR在医药缓慢释放技术中的应用也引起了人们的重视，可通过调节其结构以适宜生物体特点及含水率，达到控制药物释放速度的目的。
1．高吸水性树脂的研究现状20世纪50年代以前人类使用的吸水性材料主要是天然产物和无机物，如天然纤维、多糖类以及硅胶、氧化钙、磷酸、硫酸等。
50年代，Flory通过大量的实验研究，建立了吸水性高分子的吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子的发展奠定了理论基础。
1966年，美国农业部北方研究所Fanta等首先发表论文指出“淀粉衍生物的吸水性树脂有优越的吸水能力，吸水后形成的膨胀凝胶体保水性很强，即使有加压也不会与水分离，甚至也具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料”。
高吸水性树脂又将迎来新一轮增长
高吸水性树脂又将迎来新一轮增长中国化工信息中心产业经济研究院朱燕高吸水性树脂（英文简称SAP）是一种典型的功能高分子材料，也称超级吸水聚合物、超强吸水剂等，是一种具有松散网络结构的低交联度的亲水性高分子化合物，既不溶于水，也难溶于有机溶剂，具有迅速吸收和保持大于自身质量几百倍甚至上千倍水分的能力。
高吸水性树脂品种很多，性能和用途也不相同，作为商品的主要是交联的聚丙烯酸盐、交联的聚丙烯酰胺及淀粉-丙烯酸接枝聚合物等。
目前，由于安全性和高的应用凝胶强度，聚丙烯酸盐型是目前最重要的高吸水性树脂类型，本文也主要讨论该类型的高吸水性树脂。
1 国外供应出现短缺，2013年迎来一批新增产能SAP作为快速消费品的原料，近年生产保持持续增长。
但2010年国外多套丙烯酸装置意外出现故障，使得高纯丙烯酸产量受限，影响到了SAP的生产。
2011年，随着丙烯酸生产的恢复，高吸水性树脂的生产也趋于正常。
2012年9月29日，日本触媒公司位于日本姬路市SAP厂的丙烯酸储罐发生爆炸并引发大火，致使姬路市的工厂停产。
日本触媒公司是世界第一大SAP生产商，其生产中断，导致全球SAP的开工率降低，从2012年末到2013年中期，SAP供应出现短缺。
2013年6月起，日本触媒陆续获得政府批准，重新启动其姬路的16万吨/年丙烯酸和32万吨/年SAP装置。
至此，SAP的供应得以逐步恢复。
2012~2013年，国外知名SAP生产商也在不断扩产。
2012年底，日本住友化学在日本姬路的SAP装置从10.9万吨/年增至16.4万吨/年。
2013年中期，日本住友化学在法国的SAP装置产能从2万吨/年增至4.7万吨/年。
2013年1月，LG化学在韩国新投产8万吨/年SAP装置。
2013年10月，日本触媒在印度尼西亚芝勒贡（Cilegon）新建的8万吨/年丙烯酸和9万吨/年SAP联合体装置举行开工仪式。
2010~2013年全球SAP产能年均增长率为11.6%，2013年同比增长15.2%。
超强吸水高分子材料
Super 普通吸水材料
SAP
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
SAP优点
吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。
Super 吸水前
吸水后
Ab s o rb e nt po水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
Super 观看保水能力演示 Ab s o rb e nt po lym e r
纤维素系
合成高分子系
纯合成高分子
聚丙烯酸类
聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物 其它
聚乙烯醇类 聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
天然高分子加工产物
淀粉类 淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物 淀粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物 其它
纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它
n-2
OH
CH CN m
水解
NaOH
CH2OH
O
OH O
O
OH
CH2 CH
n-2
2HNOC
沉析
烘干
CH2 y
粉碎
CH x
COONa
中和 湿料
纤维素吸水树 脂干料
原料
糊化
通氮净化
产品
粉碎
调PH 干燥 离心中和
超强吸水高分子材料综述 优点
一、吸 水 原 理
用途
二、分类
三、基本结构
四、SAP结构 五、合成高吸水分子中一些重要术语 六、接枝共聚反应实例
合成系
工艺简单，吸水、 保水能力强 吸 水速度较快耐水
与优 点
联
系
共 同 点
储量丰富，可不断再生，成本低; 无毒且能微生物分解，可减少对环境 的污染。
高吸水性树脂介绍与应用
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。
实验报告 样本
材料化学专业综合实验实验报告班级：034082-21 学号：20081000570 姓名：任小甜评定成绩实验一超强吸水剂的合成及性能检测一、实验目的：1.了解超强吸水剂的基本功能及用途；2.了解超强吸水剂制备的基本方法；3.掌握吸水倍率、吸水速率、吸湿量的测试方法；4.了解聚丙烯酸类聚合物的红外光谱图；5.掌握综合实验报告的写作方法。
二、实验原理超强吸水剂是指吸水能力特别强的高分子物质。
其吸水量为自身的几十至几千倍，由于它大多数是由低分子物质经过聚合反应合成的高聚物或者由高分子化合物经化学反应制成，故称作超强吸水剂。
其不但吸水能力强，而且保持水能力非常高。
吸水后，无论多大压力也不脱水，因此又叫高保水剂。
超强吸水剂既具有独特的吸水能力和保水能力，又是高分子化合物，具有一般高分子化合物的基本特性，所以它可归属于功能高分子，也可以认为是高吸水功能高分子。
超强吸水剂吸水后形成水凝胶，具有弹性凝胶的基本性能，弹性凝胶的基本理论完全使用，所以它又可归属于弹性凝胶，也可认为是高弹性水凝胶。
根据原料来源、亲水基团引入方式、交联方式等等不同，超强吸水剂有许多品种。
习惯上按其制备时原料来源分为淀粉类、纤维素类和合成聚合物类三大类，前两类是在天然高分子中引入亲水基团制成的，后者是由亲水性单体的聚合或合成高分子化合物的化学改性制得的。
一般讲，超强吸水剂在结构上应具有以下特点：（1）分子中具有强亲水基团，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它化学键，对水等强极性物质有一定的吸附能力；（2）聚合物通常为交联结构，在溶液中不溶，吸水后能迅速溶胀。
由于水被包裹在呈凝胶的分子网络中，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相对分子量，吸水后能保持一定的机械强度。
本实验采用亲水性单体丙烯酸盐与二烯类单体在引发剂作用下进行共聚，直接制取超强吸水剂，反应如下：三、仪器和试剂电子天平，分析天平，烧杯，玻璃棒，量筒，真空干燥箱，干燥箱，塑料杯，尼龙网筛，恒温恒湿测试仪等。
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
• 合成树脂系列：合成系高吸水保水材料是 20 世纪 70年代后讯速发
展起来的，是目前高吸水保水材料中发展最迅速、品种最多、产量最 大的一类高分子聚合物。主要由单体(主要有丙烯酸、丙烯腈、丙烯 酰胺、乙烯醇等)在交联剂作用下进行聚合/交联而成。与淀粉系、纤 维素系相比，合成系 SAP制备工艺简单、吸水、保水能力强，但其单 体的残留大、不易被降解，属于非环境友好材料。 • 其它天然物及其衍生物系列：其制备原理是将天然高分子进行化学改 性，在其分子上引入亲水基团，然后在交联剂的作用下形成网状结构。 研究较多的是纤维素衍生物的交联产物。以果胶类、海藻酸、肝素类、 壳聚糖类及有关衍生物等天然高分子为原料也可合成可降解的 SAP。 这些吸水性树脂虽然生物降解性好，原料来源广，但由于工艺复杂、 价格昂贵，无法工业化生产，目前难以推广。除了羧甲基纤维素交联 物外，其它品种均处于实验室阶段。
高吸水性树脂的应用
卫生用品：SAP最具规模的应用领域就是卫生行业，由于 SAP具有吸收率高，吸液量大，保液性好，且安全无毒和 重量轻等优点，因而卫生用品生产厂家把之添加在婴儿纸 尿裤、妇女卫生用品、成人失禁垫、宇航员尿袋和医用衬 垫内。其中高吸水性树脂用于婴儿纸尿裤等个人卫生用品 约占95％。 农业生产：研究表明，高吸水性树脂可以有效地抑制水分 的蒸发, 防止土壤中的水分流失, 并减小土壤的容重, 加 入旱田中可将农作物的产量提高20% 左右。用沥青铺底, 上面撒上一些高吸水性树脂, 再铺上一层十几厘米厚的土 层, 种植上几年农作物以后就可以将沙漠绿化. 这是治理 沙漠的一个重要途径, 在撒哈拉沙漠已经取得了成功. 这 对沙漠化越来越严重的我国来说有着极其重要的意义。
高吸水性树脂的分类
• 淀粉系列:淀粉是一种可再生、来源广泛的天然高分子化合物。
高吸水性树脂工艺比较
高吸水性树脂工艺比较高吸水性树脂(SPA)又称超强吸水剂，是一种新型的功能高分子材料。
吸水倍数可达自身质量的数百乃至数千倍。
最早的高吸水性树脂是1974年美国学业部北方研究所研制的淀粉接枝丙烯腈共聚物的水解物，但20世纪80年代初却是日本的高吸水性树脂开发技术占据了主导地位。
虽然高吸水性树脂的开发时间较短，但各方面发展非常快，如1983年世界总产量为6000t，到1987年仅日本的产量就达到了36000t；目前全世界生产高吸水性树脂的厂家达30-40个，主要分布在日本、美国及欧洲；产品从淀粉接枝丙烯腈发展到淀粉接枝丙烯酸、交联纤维素类、聚丙烯酸盐、共聚物水解、聚醚、聚氨酯等类；高吸水性树脂的吸水率从80年代的百倍提高到目前的四五千倍。
我国开展高吸水性树脂研制的时间较短(20世纪80年代初开始)，但研究、生产单位已达数十家，高吸水性树脂的专利已达数十种。
1999年的累计产量已达近千吨，但仍存在品种单一、质量参差不齐等问题，缺少高功能的产品，某些含量的指标偏高。
目前世界上占主导地位的是聚丙烯酸盐类高吸水性树脂。
1 高吸水性树脂生产方法1.1 天然高分子的接枝通过天然高分子的接枝改性合成的高吸水性树脂的优点是成本较低、产物超过使用周期可以分解，缺点是工艺复杂、产品易腐败，强度较差。
天然高分子的接枝主要有以下几种方法。
淀粉-丙烯腈接枝共聚物：淀粉-丙烯腈接枝共聚物的水解产物是世界上第一个开发的高吸水性树脂。
特点是吸水倍数高(1000-3000倍)、成本低。
缺点是水解工艺比较复杂，干燥效率低。
合成所用的硝酸铈铵是至今淀粉接枝不饱和单体最有效的引发剂，其工艺过程为：淀粉糊化→冷却→接枝共聚→加压水解→冷却→酸化→离心分离→中和→干燥→成品包装。
如果采用三价锰盐-硫酸亚铁铵双氧水组成的复合引发体系，则接枝效率可达95%。
合成时需要控制引发剂用量、加入方式、温度、淀粉种类和丙烯腈用量等。
但关键是控制共聚物的皂化方法和皂化程度。
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实验十五 聚丙烯酸类超强吸水剂的制备和性能测试
一、实验目的
1．了解超强吸水剂的种类及其应用。
2．通过交联剂和超强吸水剂的制备学习酯化反应和自由基聚合反应。
3．学习减压蒸馏和共沸蒸馏分水等基本操作。
4．学习使用红外光谱方法表征产物结构。
二、实验原理
超强吸水剂与传统的吸水性材料不同。
传统的吸水性材料，如医药卫生中使用的脱脂棉、海绵、餐巾以及作为吸湿干燥用的硅胶、氯化钙、石灰、活性炭等，吸水能力较小，只能吸收自身质量的几倍至20倍的水，尤其保水能力更差，稍加压就失水。
而超强吸水剂是一种吸水能力特别强的物质，可以吸收自身质量的几十倍乃至几千倍的水，吸水后即使加压也不脱水。
超强吸水剂之所以吸水，在于它的分子链上存在大量亲水基团（如羧基、羟基、酰胺基、氨基、羧酸盐等）。
当这些分子在交联剂的存在下进行适度交联即可能形成高吸水性高分子化合物。
从结构上看，超强吸水剂是具有带亲水基团的低交联度的三维空间网络结构。
超强吸水剂主要为功能高分子材料，不仅具有独特的吸水能力和保水能力，同时又具备高分子材料的许多优点，有良好的加工性和使用性能，被广泛用于医疗卫生、建筑、植树造林、日用化妆品等方面。
超强吸水剂的发展很快，种类繁多，可以有多种分类方法。
最常用的是按原料来源分类，据此可分为三大系列，即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系(包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙撑系等)。
丙烯酸-聚乙二醇二丙烯酸酯共聚物属于合成聚合物系聚丙烯酸类吸水剂。
制备此类吸水剂所使用的原料有单体、交联剂、引发剂、以及碱、分散介质或溶剂。
本实验以丙烯酸、聚乙二醇为主要原料首先制备聚乙二醇二丙烯酸酯，然后以它作为交联剂与丙烯酸共聚制备聚丙烯酸类超强吸水剂。
1．交联剂（聚乙二醇二丙烯酸酯）的合成
本实验所用的交联剂是聚乙二醇二丙烯酸酯，其制备的原理实际上是一个酸催化下的二元醇与羧酸的酯化反应。
因为丙烯酸易聚合，所以本实验要在反应体系中加入氢醌做阻聚剂，以对甲苯磺酸为催化剂，在氮气保护下进行。
另外，由于酯化反应是一个平衡反应，为了使平衡向酯化完全方向移动，实验中用苯(亦可尝试用环己烷)作为共沸溶剂将产物中的水带出。
反应方程式如下:
CH 2CH COOH H ()OCH CH +22OH CH 2CH O C ()OCH CH 222O CH O CH 2n n 9~~n +H O 22
2．超强吸水剂（丙烯酸-聚乙二醇二丙烯酸酯共聚物）的合成 聚丙烯酸类吸水剂的制备原理为自由基引发的链式聚合反应。
丙烯酸-聚乙二醇二丙烯酸酯共聚物是由丙烯酸与聚乙二醇二丙烯酸酯共聚得到，反应式如下所示： Na )(CH 2CH COOH +CH 2CH C ()OCH CH 22O CH C CH 2n O Na )(CH 2CH (x CH 2CH C ()OCH CH 22O CH CH 2n ()y O )Na )(CH 2CH COOH (x )()y ''
反应式中丙烯酸为主要成分，用碱中和，中和度为60–90 mol%；聚乙二醇二丙烯酸酯为共聚物的一个组分，同时又起交联剂的作用，体系中也可加入少量三乙醇胺作为另一交联剂。
本体系用水溶液法聚合，故可以使用水溶性引发剂，如过硫酸盐、过氧化氢或它们与亚硫酸盐等还原剂组成的氧化还原系引发剂。
为提高共聚物的分子量, 聚合温度宜控制在20–80℃。
3．吸水剂性能测试
超强吸水剂应用范围广泛，且作为功能材料应用，对其性能有各种各样的要求，主要是在吸收能力、吸液速度、保液能力、粘性、增稠等方面，还有吸水剂的稳定性及根据实用要求所需具备的特殊性能。
超强吸水剂的基本用途是对水溶液进行吸收，吸收性能的大小是衡量是否为超强吸水剂的最根本标志。
本实验主要进行吸收能力的测试，测定吸收去离子水的吸收倍率。
所谓吸收倍率是指一克吸收剂所吸收的液体的量，其单位为g/g或ml/g。
Q =（m2- m1）/ m1 或 Q = V 2 / m1
式中，Q为吸收倍率，m1为吸收剂的质量，m2为吸收后树脂的质量，V2为吸收的液体体积。
三、仪器与试剂
1．主要仪器
减压蒸馏装置，油泵，恒温水浴，电磁搅拌器，电热套，循环水式真空泵，旋转蒸发仪，氮气源，玻璃仪器一套，分水器及注射器等。
2. 主要试剂
丙烯酸，聚乙二醇（分子量400），对甲苯磺酸，氯化铜，氢醌，苯/环己烷，氯化钠，氢氧化钠，无水硫酸镁，过硫酸铵，亚硫酸氢钠，去离子水。
四、实验步骤
1．丙烯酸的精馏
搭好减压蒸馏的装置，将丙烯酸加入蒸馏烧瓶，用水浴加热，冰水浴收集36–38℃/ 4 mmHg的馏分。
2．交联剂（聚乙二醇二丙烯酸酯）的合成
在100 mL三口瓶中分别装置氮气导入管、分水器、温度计，在分水器的上方依次装置冷凝管、氮气导出管及液封装置。
瓶内加入4.5 g对甲苯磺酸， 32 mg氯化铜，99 mg氢醌，27.5 g聚乙二醇，12.8 g丙烯酸，34 mL苯(可用环己烷)；分水器中加适量苯(可用环己烷代替)；通N2保护，磁力搅拌，用电热套加热，将体系温度控制在83–93℃，反应至无水分出(约需3h )，结束反应，记录此时分出水的体积。
将反应液移至分液漏斗中（可先加入少量苯和环己烷，使易分层），依次用20% NaCl 溶液、5% NaOH与15% NaCl混合溶液、20% NaCl溶液各50mL洗涤3次，每次分去下层液体即水层。
最后水层无色且为中性，将上层液体（有机层）倒入干燥的锥形瓶中，加入4g无水MgSO4干燥过夜。
滤去MgSO4，用旋转蒸发仪蒸去苯(环己烷)，得到交联剂，称重，计算产率。
3．交联剂（聚乙二醇二丙烯酸酯）的表征
对聚乙二醇二丙烯酸酯进行红外光谱测试，解析谱图。
4．超强吸水剂的制备
在100 mL广口瓶中分别装置氮气导入管、温度计，氮气导出管及液封装置。
在一小烧杯中加入10g丙烯酸、30g水，混合均匀，然后缓慢加入12-17 mL 7mol/ml 氢氧化钠溶液（最好用冰水浴冷却），再次混匀。
将上述混合溶液加入已装置好的广口瓶内，加入0.3的聚乙二醇二丙烯酸酯，磁力搅拌，通氮气30 min后，再用注射器加入0.6ml的1% (NH4)2S2O8溶液和0.3ml 1% NaHSO3溶液，继续在室温下搅拌，使整个体系混合均匀。
然后用水浴加热，在40 min 内使体系温度上升至70 ℃，停止搅拌，静置反应。
当体系粘度明显增大时，停止通氮气，密闭反应体系，继续在70℃反应至凝胶生成，最终得到透明凝胶状聚合体。
取出生成的透明含水聚合体，剪切成细片，在140℃干燥至恒重，经粉碎，得粉末状的吸水剂。
5．超强吸水剂吸收倍率的测定
准确称取一定量（约0.5 g）干燥的吸水剂，置于500 mL去离子水中，待溶胀至吸水饱和后，将剩余的水滤去，再称吸水后吸水剂的重量。
准确计算吸水剂的吸水倍率。
五、思考题
1. 超强吸水剂与一般吸水物质有何区别,其吸液原理是什么？
2. 超强吸水剂有何用途？
3. 中和度的大小、交联剂及引发剂的用量对制备的吸水剂吸水性能有何影响？
六、参考文献
1. 邹新禧编著，超强吸水剂，化学工业出版社，1996
2. 野竹敏邦等，公开特许公报, 昭74—26227
3．王解新，陈鉴定，高吸水性树脂研究进展，功能高分子学报，1999，12（2）: 211-217 4．马俊红，吐尼莎古丽•阿吾提，王吉德，司马义•努尔拉，聚丙烯酸类超强吸水剂的合成与性能研究，精细化工，2004，21（增刊）: 94-96
5．林润雄;，王基伟，高吸水性树脂的合成与应用，高分子通报，2000，（2）: 85-93
（李君 黄俐研）。