聚丙烯酸钠高吸水性树脂的研究_孙伯平
聚丙烯酸盐高吸水树脂合成工艺研究进展
前言合成的高吸水树脂已成为发展最快的功能高分子材料之一。
高吸水树脂不仅在医疗卫生、农林园艺、日用化工等领域里广泛应用，还由于它的膨胀性，增稠性、粘附性等特殊性能，成为一种多用途的功能材料，正向建筑、电子、食品等众多领域渗透。
采用高吸水树脂与其他材料符合的密封胶开始用于建筑嵌缝、钢板桩、管接头嵌缝密封以替代密封和黏结材料。
合成的高吸水树脂自问世以来，至今约有四十年历史，经过众多化学工作者不懈的努力，近二十年，由于应用领域的拓展，生产工艺技术得到驯熟发展，已有大量的文献和专著，对其合成和加工应用作了报道和介绍。
其中，教练的丙烯酸盐聚合物是合成系吸水材料的重要方面，而且被认为是最有希望的吸水性素质。
与其类型高吸水剂比较，除了具备高吸水率等基本性能外，其原料来自工业丙烯酸，生产成本较便宜，工艺较简便，且产品质量稳定，长时间的储存也不引起腐败。
聚丙烯酸盐吸水树脂通常指单体丙烯酸（或甲基丙烯酸）经碱部分中和后的碱金属盐聚合得到的轻度交联的高聚物，它能吸收自重数百倍的水，但并不溶于水。
其中，用得最多的是聚丙烯酸钠，因为聚丙烯酸钠是受准的食品添加剂，更具安全性。
本文仅就最近十多年来的合成工艺技术方面的研究情况作一简略介绍。
1.合成工艺路线文献报道中采用的聚合工业以水溶液法和反相悬浮法占据绝大多数。
1.1水溶液法丙烯酸在配制釜中先用氢氧化钠溶液中和，其中和度为60～90mol%，使单体浓度为30～60mol%，加入交联剂，通氮气，加入引发剂，搅拌均匀后，进入反应器静置聚合（保持氮氛），加热浴使反应温度保持30～80度，聚合反应2～5小时，得到的凝胶聚合体切割成小片或用螺旋挤出条状，在热风机或烘箱中130～230度下干燥，得到交联产品，经粉碎过筛，得到粉末状吸水剂。
其特点是过程简单，既可间歇，也可连续生产，可以制成膜状、片状、粉粒粉末状，也可以与其他吸水性物质复合成各种吸水材料。
1.2反相悬浮法反相悬浮聚合工艺是以水相为分散粒子，油相为分散介质，制成油包水（W/O型）的悬挂悬浮液，采用水溶性引发剂引发聚合的方法。
高吸水性聚丙烯酸钠树脂的合成及性能研究
关 键 词 ： 吸 水 树 脂 ； 相 悬 浮 聚 合 ； 丙 烯 酸钠 高 反 聚
中图分类号 ： ＴＱ３ ５ ７ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
高 吸 水 性 树 脂 是 一 种 具 有 三 维 空 间 网络 结 构 的 强 亲 水 性 高 分 子 化 合 物 ． 近 年 来 国 内 外 广 泛 开 是 发 研 究 的勒 型 功 能 材 料 之 一 。它 具 有 吸 收 自身 质 量几 百 倍 甚 至 几 千 倍 水 的 能 力 ， 吸 水 速 率 快 ， 水 且 保
高 吸 水 性 聚 丙 烯 酸 钠 树 脂 的 合 成 及 性 能 研 究
杨 秀 芳 王 云 芳 ， 芳 玲 ， 程
（ ． 西 科 技 大 学 化 学 化 工 学 院 ， 西 咸 阳 ７ ０ １ ２ 成 阳 师 范 学 院 化 学 系 ， 西 成 阳 ７ ２ ０ ） １陕 陕 １ ８ ；． ２ 陕 １ ０ ０
仪器 ： 动搅拌器 ； 气瓶 。 电 氮
１ ３ 高吸 水 性 树 脂 的 合 成 ．
１ ３ １ 淀 粉 糊 化 ．．
按 淀 ； 与 水 的 质 量 比为 １：５ ５取 样 ， ７ ｌ ！ ； ｊ ． 在 ０Ｃ糊 化 ３ ｍｉ ０ ｎ。
１ ３ ２ 中和 丙 烯 酸 ．． 在 冰 水 浴 的 保 护 下 ， ２ （ 量 分 数 ） ｆ 溶 液 中和 定 量 的 丙烯 酸 至 预 定 的 中和 度 。 用 ５ 质 Ｎａ） Ｈ
聚合物 沉降 ， 却后 出料 、 滤 、 涤 ， 出后于 １５ 冷 过 洗 取 ０ Ｃ干 燥 ３ ｈ即得 产 品 。
２ 性 能 测 定
・ 收 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ２ ２０ — ４ ２
粘土矿物-聚丙烯酰胺复合高吸水性树脂的研究
粘土矿物/聚丙烯酰胺复合高吸水性树脂的研究一实验目的1了解高吸水性树脂的基本功能及用途。
2 了解粘土矿物/聚合物复合高吸水性树脂的制备方法。
3 熟悉高吸水性树脂吸水率的测试方法。
For personal use only in study and research; not for commercial use二实验原理高吸水性树脂是一种适度交联、具三维网络结构的新型功能高分子材料。
其分子中含有大量的-COOH、-OH等强亲水性基团，因此具有强的吸水性；同时因具有适度交联的三维网络结构，使其在水中只是吸水溶胀而不溶解。
故而这类材料具有超强的吸水、保水能力，已被广泛用于农林、园艺、工业、医疗、环保等诸多领域。
高吸水性树脂先通过吸附和分散作用吸收水分，接着树脂的亲水基团通过氢键与水分子作用，离子型的亲水基团遇水开始解离，阴离子固定在高分子链上，阳离子为可移动离子。
随着亲水基团的解离，阴离子数目增多，静电斥力增大，使树脂网络扩张。
同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，而使其浓度增大，导致树脂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，网络内外的渗透压差趋向于零，并且随网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消了阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡。
For personal use only in study and research; not for commercial useFlory在1953年从热力学的角度出发，运用弹性凝胶理论，提出了高吸水性树脂吸水率的数学表达式，该式可以描述为，高吸水性树脂的吸水率与离子的渗透压及离子与水的亲和力之和成正比，与树脂的交联密度成反比。
粘土矿物是一类层状结构的含水硅铝酸盐，包括膨润土、高岭土、凹凸棒石、云母等。
这类矿物的表面含有大量的-OH，片层之间存在着大量可交换的阳离子。
片层与片层之间的作用力为较弱的范德华力、静电力和氢键等，故层间离子较较易与其它无机物或有机物交换得到插层型粘土复合材料。
浅谈保水剂聚丙烯酸钠树脂的性能
浅谈保水剂聚丙烯酸钠树脂的性能曲东芳 聊城市环境监测中心摘 要：高吸水性树脂，又叫保水剂，自20世纪70年代在美国问世后，到目前虽然仅有二十年的发展历史，但由于它具有独特的高吸水性和保水性，在工农业、日常生活、医疗卫生等各个领域都有广泛的用途，因此在国内外也得到了广泛研究发展。
关键词：高吸水性树脂聚丙烯酸钠合成一、前言高吸水性树脂是一种高分子量的、交联的、柔性的分子链高聚物，它的制作是以丙烯酸为主要原料，丙烯酸在配制釜中先用氢氧化钠溶液中和。
配制好的溶液加入聚合模，再加入交联剂及其他助剂，通氨气，加入引发剂，搅拌均匀后，静置聚合。
聚合得到凝聚聚合体切割、烘干、粉碎过筛，得到粉末状高吸水性树脂，通过外加交联剂使含强亲水性基团的单体经过适度交联反应，得到不溶不熔的低交联度且具有高吸水性能的聚丙烯酸钠(PNaAA)树脂[1]。
二、常见的合成高吸水树脂方法高吸水性树脂的合成主要是通过自由基聚合，其合成方法可分为本体聚合、乳液聚合、溶液聚合和反相悬浮聚合等四种。
（一）本体聚合本体聚合指在引发剂、光、热或高能射线辐照的作用下，只有单体存在的聚合反应。
大多数采用液相本体聚合。
本体聚合的优点是产物纯度高，可直接加工成型或挤出造粒，无需产物与介质分离及介质回收等后处理工艺操作，所用设备相对简单。
但是，本体聚合速度快，反应过程中释放出大量聚合反应热，约为55～95kJ/mol，必须及时排除。
否则，会使聚合反应失去控制，轻则影响产物的性能及使用，重则会引起冲料及暴聚，造成牛产事故。
因此，本体聚合在工业规模上的使用较少。
（二）溶液聚合溶液聚合指将单体及引发剂等物料溶解在适当溶剂中进行的聚合反应。
与本体聚合相比，由于溶剂的稀释作用，所以聚合体系粘度较低，物料混合与传热较易，不易出现凝胶反应，反应温度易于控制。
但由于单体浓度低，聚合物分子量较低，溶剂占用容器空间，使设备的利用率及生产能力较低。
这一方法在丙烯酸类聚合物助剂的生产中应用较多。
高吸水性树脂的研究及其在药物制剂中的应用
高吸水性树脂的研究及其在药物制剂中的应用摘要:高吸水性树脂是一种含有强的亲水性基团并具有一定交联度的功能高分子材料，来源丰富，用途广泛。
本文主要介绍的是高吸水性树脂在药物制剂中的应用。
关键词: 高吸水性树脂,吸水机理,药物制剂Abstract:Super absorbent polymer is a kind of having hydrophilic group and cross-linked functional polymermaterial，widely used in many fields such as sanitary goods，sealing composites and medical drug-delivery systems．This essay mainly introduces the application in the pharmaceutical preparations of superabsorbent polymer.Key words: super absorbent polymer,absorbent mechanism,pharmaceutical preparations高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer ,SAP)又称为超强吸水剂, 是一种典型的功能高分子材料,具有良好的吸液性能和保水性能的高分子聚合物的总称。
与水溶性聚合物和吸附性聚合物相比, 在分子结构上高吸水树脂含有大量的亲水性很强的诸如羧基、羟基、酰氨基、磺酸基等化学基团, 同时又具有一定的交联度而形成了三维网状结构，这些化学基团及其所形成的复杂结构赋予了树脂的高吸水特性。
与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比, 它不溶于水, 也不溶于有机溶剂, 却又有着奇特的吸水性能和保水能力, 能够吸收并保持自身质量的数百倍乃至数千倍的水, 同时又具有对光、热、酸碱的稳定性。
聚丙烯酸钠吸水树脂的合成及性能研究
聚丙烯酸钠吸水树脂的合成及性能研究刘琴;程存喜;张铎严【摘要】用NaOH中和后的丙烯酸为单体,以过硫酸钾K2S2O8为引发剂,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用水溶液聚合法合成了聚丙烯酸钠吸水树脂,考查了中和度,引发剂用量,交联剂用量对聚丙烯酸钠吸水树脂性能的影响,吸水倍率测试结果表明,当丙烯酸的中和度为80%、K2S2O8用量为占丙烯酸单体质量分数的0.18%、N,N-亚甲基双丙烯酰胺用量为占丙烯酸单体质量分数的0.02%时,聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水性能最佳,为165 g/g,该树脂对质量分数为20%的NaCl盐水的吸收倍率为31.6 g/g.%A microporous hybrid polymer of sodium polyacrylate was synthesized by a water solution polymerization,with sodium hydroxide (NaOH) as a neutralizer,potassium peroxydisulfate (KPS) as a radical initiator,N,N-methylene bisacrylamide (NMBA) as a crosslinker.Effects of neutralization degree of acrylic acid and the dosage of initiator and crosslinker on the properties of sodium polyacrylate were investigated.When the neutralization degree of acrylic acid was 80%,the mass ratio of KPS to acrylic monomer was 0.18%,the mass ratio of NMBA to acrylic monomer was 0.02%,the sodium polyacrylate showed a best performance of water absorption rate and salt-water absorbencyrate,which was 165 g/g and 31.59 g/g,respectively,the salt-water was formed by 20% NaCl and 80% distilled water.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)011【总页数】3页(P62-64)【关键词】聚丙烯酸钠;吸水树脂【作者】刘琴;程存喜;张铎严【作者单位】厦门工学院机械与材料工程学院,福建厦门 362021;厦门工学院机械与材料工程学院,福建厦门 362021;厦门工学院机械与材料工程学院,福建厦门362021【正文语种】中文【中图分类】O632吸水树脂具有优异的吸水保水性，能吸收水的重量是自身的几十倍甚至上千倍，近年来在建筑、医疗卫生用品、沙漠化治理等领域被广泛应用。
高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析
n H 2C
CH COOH
引 发 剂
CH
2
CH COOH
n
1
实训器材 250mL 三颈瓶、油浴装置、回流冷凝管、烧杯、滴液漏斗、分水器。 丙烯酸、NaOH、N，N—亚甲基双丙烯酰胺、K2S2O8、司班—60、环己烷。 仪器： （使用条件）
实训过程： （包括主要步骤、实验分析等，可用流程、框图表示） 在装有分水器、回流冷凝管、搅拌浆和通气管的 250mL 三颈瓶中加入 10mL 丙烯酸和 20mL 质量浓度为 18％的 NaOH 溶液， 然后在冰水浴中混合均匀， 再加入 0.0060g N，N—亚甲基双丙烯酰胺和 0.0470g K2S2O8，搅拌均匀。将 0.6g 司班－60 溶于 44mL 环 己烷中，再加入三颈瓶。在 50～65℃搅拌 3h，然后升温至 100℃回流 0.5h，即可得到聚丙 烯酸钠水凝胶。
专业技能综合实训报告
学院：化学与材料工程学院 学 号 地点
啊啊啊
班级：材料高分子 091 班 姓名 中国盼盼
2011—2012 学年第二学期
朱亚辉
指导教师 时间
实训项目名称
高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析 敬行楼高分子化学实验室
实训目的与要求： 1.合成一种具有高吸水性能的聚丙烯酸钠； 2.了解各种聚合方法的原理和方法 实训方案设计及原理： 未经交联的聚丙烯酸钠是一种水溶性的聚电解质类聚合物,通过交联可赋予聚丙烯酸 钠高吸水性。聚丙烯酸钠的羧酸钠侧基遇水后,电离成羧酸根与Na+ ,Na+ 在水中可移动离 子,主链网络骨架则均为带负电的阴离子,不能移动,其间的排斥作用产生网络扩张的动 力。Na+具有一定的活动性,但由于受网络骨架相反电荷的吸引、束缚,使得Na+存在于网络 中,这样网络内部Na+浓度大于外部水中Na+浓度,离子网络内外产生渗透压力,加上聚电解 质本身的-COONa 基团亲水能力很强,水能在很短时间内大量进入网络。 由于水的进一步渗 透,部分Na+ 脱离高分子链向溶剂区扩散,导致渗透压下降,又导致高分子上带净电荷,由于 静电排斥,引起高分子链扩展,高分子链扩展又导致高分子网络的弹性收缩,这几种作用达 到平衡时,就决定了其吸水性能。高吸水性树脂三维空间网络孔径愈大,网络结构愈大,吸 水倍率就愈高。反之,孔径愈小,吸水倍率愈低。 聚丙烯酸钠高吸水性树脂能吸收大量水,并且保水性能优秀。如果环境干燥,会放水, 环境潮湿会吸水。添加少量的高吸水性聚丙烯酸钠的土壤,能提高某些豆类的发芽率和豆 苗的抗旱能力,并且使土壤的透气性增加。 高吸水性聚丙烯酸钠可作增稠剂用,少量的加入 使粘度增加很大,用于化妆品乳液等的增稠剂。
聚丙烯酸钠高吸水树脂
聚丙烯酸钠高吸水树脂的应用及影响因素摘要:聚丙烯酸钠高吸水树脂因其重要的性质在工业生产和生活占据越来越重要的作用。
本文综述了聚丙烯酸钠高吸水树脂制备过程中吸水性的影响因素，还简单介绍了高吸水性树脂子不同领域的应用概况。
关键字:聚丙烯酸钠；吸水树脂；制备；应用高吸水性树脂是一种具有超强吸水能力的功能性高分子材料，受压时保水性能优良，已广泛应用于卫生用品、农林园艺、土木建筑、轻工化工等领域[1-2]。
目前高吸水性树脂主要有两大类，一类是淀粉或纤维素与乙烯基单体的接枝共聚物，另一类为合成树脂，当前则绝大多数为聚丙烯酸盐类合成树脂。
1. 聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水性的影响因素1.水油比对吸水率的影响水油比(丙烯酸与环己烷的质量比)的变化主要影响反应的散热情况和聚合物分子量的，由于在聚合中，水油比大，聚合反应速率慢，聚合物分子量小，甚至溶于水，故吸水率较低。
而且由于水油比大，生产效率低，同时也给后面的干燥工序增加负担[3]。
水油比小，由于聚合过程中散热困难，产生副交联，而使吸水率降低。
2.交联剂用最对吸水率的影响因为树脂是三维立体网络结构，当交联剂用量太少时，聚合物未能形成网络结构，宏观上表现为水溶性。
随着交联剂用量的增加，分子链网络逐渐形成，故吸水率逐渐上升。
形成三维网络结构时，吸水率达到最大值。
随着交联剂用量的进一步增加，聚合物网络结构中的交联点增多，交联点之间的网链变短，网络结构中的微孔变小,故吸水率逐渐下降[3]。
3.引发剂用最对吸水率的影响引发剂的用量不仅影响反应速率、转化率、分子量的大小，而且会影响到反应是否会发生爆聚。
由于引发剂用量较小时，反应活性中心少，反应速度慢，甚至不反应，导致转化率及交联用均匀度低，故吸水率也低。
而且由于引发剂少，引发反应困难，诱导期相对较长，造成反应积累到一定程度突然快速反应，产生爆聚。
引发剂用量太多时，反应活性中心多，反应速度快，反应转化率也较高，但引发剂用量过多会增加大分子自由基终止的机会，[3]使分子量下降，链端数目增加，甚至会出现水溶性，从而使吸水剂的吸水率降低。
“吸水大师”聚丙烯酸钠
“吸水大师”聚丙烯酸钠作者：***来源：《发明与创新·高中生》2021年第11期高吸水性树脂是一类新型功能高分子材料，通过水合作用，它能迅速吸收比自身多数百倍甚至千倍质量的液态水，且在常温下具有良好的保水能力，即使在受热或受压下也不易失水，在酸、堿环境中的稳定性也较好。
按原材料来源高吸水性树脂可分为淀粉类、纤维素类、合成树脂类。
聚丙烯酸钠属于合成树脂类的高吸水性树脂。
聚丙烯酸钠分子量非常大，是温和的有机高分子物质，不会被皮肤吸收，也不会对皮肤产生刺激，其吸收的溶液量可达自重的30倍，它也因此被广泛运用于婴儿纸尿裤等卫生用品的制造上。
聚丙烯酸钠的吸水性有多神奇呢？一起通过以下实验来感受吧。
一、“人造雪”1.材料准备聚丙烯酸钠、温水、烧杯、玻璃棒。
2.实验步骤（1）用烧杯取少量的粉末状聚丙烯酸钠，再准备一个烧杯盛清水，水与聚丙烯酸钠的比例为25∶1。
（2）快速将水倒入装有粉末状聚丙烯酸钠的容器内，观察其变化。
（3）从外观上看，水与聚丙烯酸钠混合后的生成物与真正的“雪”并无区别，通常在影视剧里用来衬托艺术效果，称其为“人造雪”。
可将“人造雪”洒在盆景的土壤周围，既可为土壤保湿，又可起到美化作用。
等“人造雪”水分蒸发后，还可循环使用。
二、人造彩色晶体1.材料准备聚丙烯酸钠、色浆、温水、烧杯、玻璃棒。
2.实验步骤（1）取一定量的粉末状聚丙烯酸钠，加入水，聚丙烯酸钠与水的比例为1∶60，用玻璃棒不断搅拌至结晶状。
（2）加入少量你喜欢的颜色色浆，重复上述操作，便会观察到彩色晶体出现。
3.实验原理聚丙烯酸钠是轻度交联的高分子空间网络，含有较多羧酸基（-COONa+），其网络结构是由化学交联和大分子链相互缠绕的物理交联构成的。
当聚合物遇水时，离解为带正电荷的低分子离子（Na+）和带负电荷的高分子离子。
低分子离子（Na+）与水接触产生反应，离开高分子离子链，由于带负电荷的高分子离子间的相互电排斥力，使高分子网束由相互缠绕状态逐渐伸展（或溶胀），从而造成网络结构内外产生渗透压，水分子以渗透方式向网络结构扩散，形成溶胶，所以，聚丙烯酸钠有很强的吸水性。
聚丙烯酸类高吸水性树脂的研究进展
第4期收稿日期：2018－10－07基金项目：徐州市科技计划项目（KC18010）徐州工程学院大学生创新创业训练计划项目（XCX2018151）作者简介：吴鹏（1998—），江苏镇江人，在校本科生，主要从事吸水性树脂改性研究；通信作者：王士凡，E －mail ：shifanwang @xzit．edu．cn 。
聚丙烯酸类高吸水性树脂的研究进展吴鹏，江丽娟，徐颖，何杰，王士凡*（徐州工程学院化学化工学院，江苏徐州221018）摘要：近年来，聚丙烯酸类高吸水性树脂由于优异的吸水性能，已被广泛应用于卫生、农业、医药等领域。
国内外研究者以提高树脂的吸水性、耐盐性、抗菌性、凝胶强度等性能为目标，开始着手研究制备和改性的新方法。
本文就吸水性、耐盐性、凝胶强度、生物降解性、抗菌性五个方面，系统综述了聚丙烯酸类高吸水性树脂的改性研究进展。
关键词：高吸水性树脂；聚丙烯酸；改性中图分类号：TQ325文献标识码：A 文章编号：1008－021X （2019）04－0053－02Ｒesearch Progress on Super Absorbent Ｒesin Based on Polyacrylic AcidWu Peng ，Jiang Lijuan ，Xu Ying ，He Jie ，Wang Shifan *（School of Chemistry and Chemical Engineering ，Xuzhou University of Technology ，Xuzhou 221018，China ）Abstract ：In recent years ，Polyacrylic superabsorbent resins have been widely used in health ，agriculture ，medicine and other fields due to their excellent water absorption performance．Ｒesearchers at home and abroad have begun to study new methods for preparation and modification to improve the properties of resin ，such as water absorption ，salt tolerance ，antibacterial property and gel strength．In this paper ，the research progress of polyacrylic superabsorbent resin is reviewed in five aspects ：water absorption ，salt tolerance ，gel strength ，biodegradability and antibacterial property．Key words ：super absorbent resin ；polyacrylic acid ；modification 聚丙烯酸类高吸水性树脂是一种含有羟基、羧基等亲水基团和交联网状结构的新型功能高分子材料，可以通过水合作用快速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍的液态水，且在常温下具有较好的保水性能，即使在加压条件下也不易失水。
高吸水性聚丙烯酸钠树脂
陈明亮 (中南工业大学化学化工学院 , 长沙 410012)摘 要 综述了高吸水性聚丙烯酸钠树脂的研究进展 , 其中包括聚丙烯酸钠及其共聚物的吸水性能 , 吸水机理以及其功能与应用 。
关键词 聚丙烯酸钠 , 吸水性能 , 吸水机理 , 功能与应用H igh w ater - a b sorbing pol y( sodium acrylate) resinChen Mingliang ( C ent ral So u t h U n iversit y of Technol ogy , Changsha 410012)Abstract The p a p er reviews t h e recent devolop m ent s ab o ut high wat er - abso r b ing poly ( S o d ium acrg lat e ) resin ,includ in g t h e p erfor mance of abso rb ing wat er , t h e mechanism of abso rb ing wat er as well as t h e f u nctio n and applicatio n s.K ey w ords poly ( s o d ium acrylat e ) , p erfo rmance of abso r b ing wat er , mechanism of abso rb ing wat er , f u nctio n sand applicatio n s高吸水性树脂为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 , 因而广泛应用 于工业 、农林业 、医疗卫生和日常用品中 。
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。
高吸水树脂聚丙烯酸钠性能影响因素的探讨
总第 １４２ 期 ２００６ 年第 ４ 期
安徽化工
２３
高吸水树脂聚丙烯酸钠性能影响因素的探讨 ＊
张明芳， 范力仁， 徐志良， 沈上越 （ 中国地质大学材料科学与化学工程学院， 湖北 武汉 ４３００７４）
摘要： 采用水溶液聚合法， 以丙烯酸为单体， Ｎ， Ｎ ＇—亚甲基双丙烯酰胺为交联剂， 过硫酸钾为引发剂， 制备了聚丙烯酸钠高吸水树脂。研 究了合成过程中加入几种添加剂， 以及产品制成后几种不同浓度、不同盐溶液对其吸液倍率的影响。讨论了交联剂使用效率、产品粒径 及高价金属离子对产品综合性能的影响。 关键词： 高吸水树脂； 丙烯酸； 添加剂； 性能 中图分类号： Ｏ６３２．５１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００８－ ５５３Ｘ（ ２００６） ０４－ ００２３－ ０３
收稿日期： ２００６－ ０２－ ０６ ＊ 国家 ８６３ 计划资助项目（ 编号 ２００２ＡＡ２Ｚ４１７１， ２００５ＡＡ２Ｚ４０３１） 作者简介： 张明芳（ １９８４－ ） ， 女， 目前在中国地质大学材料与化学工程学院材料化学专业本科在读。通讯联系人： 范力仁， ０２７－ ６１０６３８１０， ｆｌｒ５５０１１７＠１２６．ｃｏｍ。
２．３ 离子强度对高吸水性树脂吸液倍率的影响 实验研究了以蒸馏水为溶剂的高吸水性树脂在四
种 不 同 离 子 强 度 溶 液 （ 分 别 含 ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＡｌＣｌ３、
高吸水性树脂聚丙烯酸钠的制备
⾼吸⽔性树脂聚丙烯酸钠的制备⾼吸⽔性树脂聚丙烯酸钠的制备⼀、实验⽬的1、了解⾼吸⽔性树脂的基本功能及其⽤途。
2、了解合成聚合物类⾼吸⽔性树脂制备的基本⽅法。
3、探讨反应时间对吸⽔倍数的影响。
⼆、实验原理⾼吸⽔树脂的吸⽔原理：⾼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，因为吸⽔树脂上含有多个亲⽔基团，故⾸先进⾏⽔润湿，然后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。
⾼吸⽔树脂的吸⽔性受多种因素制约，归纳起来主要有结构因素、形态因素和外界因素三个⽅⾯。
结构因素包括亲⽔基的性质、数量、交联剂种类和交联密度，树脂分⼦主链的性质等，树脂的结构与⽣产原料、制备⽅法有关。
交联剂的影响：交联剂⽤量越⼤，树脂交联密度越⼤，树脂不能充分地吸⽔膨胀；交联剂⽤量太低时，树脂交联不完全，部分树脂溶解于⽔中⽽使吸⽔率下降。
吸⽔⼒与⽔解度的关系：当⽔解度在60~85%时，吸收量较⼤；⽔解度⼤于时，吸收量下降，其原因是随着⽔解度的增加，尽管亲⽔的羧酸基增多，但交联剂也发⽣了部分⽔解，使交联⽹络被破坏。
形态因素主要指⾼吸⽔性树脂的主品形态。
增⼤树脂主品的表⾯，有利于在较短时间内吸收较多的⽔，达到较⾼吸⽔率，因⽽将树脂制成多孔状或鳞⽚可保证其吸⽔性。
外界因素主要指吸收时间和吸收液的性质。
随着吸收时间的延长，⽔分由表⾯向树脂产品内部扩散，直⾄达到饱和。
⾼吸⽔树脂多为⾼分⼦电解质。
其吸⽔性受吸收液性质，特别是离⼦种类和浓度的制约。
在纯⽔中吸收能⼒最⾼；盐类物质的存在，会产⽣同离⼦效应，从⽽显著影响树脂的吸收能⼒；遇到酸性或碱性物质，吸⽔能⼒也会降低。
表面交联型高吸水性树脂的合成及性能研究
表面交联型高吸水性树脂的合成及性能研究
朱秀林;路建美
【期刊名称】《高分子材料科学与工程》
【年(卷),期】1992(8)6
【摘要】将反相乳液聚合法合成的聚丙烯酸钠型吸水性树脂分散在水和亲水性有机溶剂组成的混合溶剂中,添加交联剂进行表面交联反应。
研究了相比和交联剂用量对树脂性能的影响。
经表面交联改性的树脂,吸水速度快,吸液量大。
在10min内吸去离子水和0.9％NaCl水溶液分别为1500(g/g)和120(g/g)左右。
回归分析处理得到树脂吸水率的经验公式。
具有较好的计算精度。
【总页数】4页(P27-30)
【关键词】高吸水性树脂;聚丙烯酸钠;交联
【作者】朱秀林;路建美
【作者单位】苏州大学化工系
【正文语种】中文
【中图分类】O632.51
【相关文献】
1.表面交联高吸水性树脂的合成及性能研究 [J], 孙晓然;张秀玲;唐红霞
2.腐殖酸-聚丙烯酸表面交联吸水性树脂的合成与性能 [J], 初茉;朱书全;李华民;黄占斌;邹力壮
3.丙烯酸—丙烯酸钠自交联型高吸水性树脂的合成及性能研究 [J], 张向东
4.表面交联高吸水性树脂的合成及吸液性能研究 [J], 周柳茵;王月珍;邵华德;张庆芳;张春雷;邵敬铭
5.内交联型高吸水性树脂的合成及性能研究 [J], 朱秀林;路建美;顾梅
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高吸水性树脂是一类新型功能高分子材料 ,具有 高吸水性和高保水性 ,干燥后还可重复使用 ,同时又 具有良好的加工性能和使用性能 ,可广泛应用于工 业 、农业 、建筑 、园艺 、卫生等领域 。1980 年美国首先 实现了高吸水性树脂的工业化生产 ,随后日本 、法国 、 英国 、意大利等国都有不同规模的工业化生产 。但世 界年产量很小 ,远不能满足市场需要 。
时间/ h
40 ℃
保水率/ % 60 ℃
80 ℃
1
96
92
90
2
93
91
88
3
89
88
86
4
88
85
83
由表 8 可知 ,聚丙烯酸钠的保水性较好 ,即使在 80 ℃干燥 4 h 保水率仍达 83 %。经相同时间干燥 , 40 ℃、60 ℃、80 ℃下的保水率呈递减趋势 。 2. 3 树脂的回收再利用
有方向性 ,氢键结合的水分子在空间上有一定的取 向 ,相邻的氢键彼此干扰排斥 ,此外 ,相邻的 —COO 基团亦相互排斥 ,限制分子链的自由运动 ,使树脂的 微孔不能充分发挥其贮水能力 ,故树脂的吸水率较 低。
(7) 反应时间 在上述最佳水油比 、分散剂种类 、交联剂用量 、引
发剂用量 、反应温度及中和度条件下考察反应时间对
引发剂的用量不仅影响反应速率 、转化率 、分子
量的大小 ,而且会影响到反应是否会发生爆聚 。表 4
示出引发剂用量对树脂吸水率的影响 。
表 4 引发剂用量对树脂吸水率的影响
引发剂用量/ g
吸水率/ %
0. 02
296
0. 03
380
0. 04
606
0. 05
422
0. 06
408
由表 4 可知 ,引发剂用量为 0. 04 g 时吸水率最 高 。这是由于引发剂用量较少时 ,反应活性中心少 ,
60
250
65
430
70
606
75
500
80
400
由表 5 可知 ,反应温度为 70 ℃时吸水率最大 。 这是因为反应温度低时 ,反应速率慢 ,反应所需的时 间长 ,生产效率低 ,而且因为温度低 ,引发剂分解速率
慢 ,引发诱导期长 ,反应积累到一定阶段会突然爆聚 ,
且交联度低 ,不能使树脂形成有效的三维网络结构 , 故吸水率较低 。随着反应温度升高 ,体系粘度下降 , 单体易于分散 ,而且有利于引发剂的分解 ,单体转化
1. 3 性能测定 (1) 吸水率[2 ]
吸水率是指 1 g 树脂在一定温度 、时间下所吸收 去离子水的量 ,可按式 (1) 计算 :
Q
=
m2 - m1 m1
×100
%
(1)
式中 : Q ———吸水率 , % ;
m 1 ———未吸水树脂的质量 ,g ;
m 2 ———充分吸水后树脂的质量 ,g 。
(2) 合成聚丙烯酸钠的最佳工艺条件为 :单体/ 引 发剂/ 交联剂 = 100/ 0. 04/ 0. 02 ,水油比 1/ 2. 2 ,中和 度 75 % ,反应温度 70 ℃,反应时间 1. 5 h 。在该条件 下合成的树脂的吸水率达 606 %。
(3) 聚丙烯酸钠的保水性较好 ,在 80 ℃干燥 4 h 保水率仍达 83 %。
2 结果与讨论
2. 1 影响吸水率的因素
(1) 水油比
水油比的变化主要影响反应的散热情况和聚合
物分子量的大小 ,也影响生产效率和后干燥处理 。
收稿日期 :20042 052 14
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反应速率慢 ,甚至不反应 ,导致转化率及交联均匀度
低 ,故吸水率也低 。而且引发剂用量较少时引发反应 困难 ,诱导期相对较长 ,造成反应积累到一定程度突 然快速反应 ,产生爆聚 。引发剂用量较多时 ,反应活
性中心多 ,反应速率快 ,反应转化率也较高 ,但过多的
引发剂会增加大分子自由基终止的机会 ,使分子量降 低 ,链端数目增加 ,甚至会出现水溶性 ,从而使树脂的
我国对高吸水性树脂的研究起步晚 ,在粒度 、吸 水速率和吸水率等方面与国外有明显差距 ,且不能连 续化生产 ,一直停留在实验室阶段 。大庆华科股份有 限公司引进率先通过部级鉴定的成果 ,投入大量人 力 、物力 、财力进行生产性开发 ,顺利通过中试 ,研制 成功“分项控制合成法”新工艺 ,解决了以上难题 ,进 行了扩大生产 ,并申报了国家专利 ,现已达到年产 1. 5 万 t 的能力 。高吸水性树脂的制备方法主要有水 溶液聚合法和反相悬浮聚合法 。笔者采用反相悬浮 聚合法制备了聚丙烯酸钠高吸水性树脂 ,并研究了影 响其吸水率的因素 ,考察了其保水率 。 1 实验部分 1. 1 主要原材料
(2) 分散剂种类 表 2 示出不同分散剂对树脂吸水率及其它物理 性能的影响 。
表 2 不同分散剂对树脂性能的影响
分散剂
Span - 60 吐温 - 40
碳酸钙
体系稳定性 稳定
爆聚 、粘釜 粘釜
树脂状态 疏松颗粒
粉状 不呈颗粒
吸水率/ % 606 427 230
由表 2 可知 ,以 Span - 60 为分散剂时吸水率最 高 ,分散效果最好 。 (3) 交联剂用量
加入 0. 8g 分散剂 ( Span - 60 或吐温 40 或碳酸钙) 和 一定量的环己烷 ,加热到 45 ℃,搅拌 30 min 使分散剂 充分溶解 。称取一定量丙烯酸用浓度为 7. 5 mol/ L 的氢氧化钠溶液中和至设定中和度 ,冷却后依次加入 一定量的引发剂过硫酸钾和交联剂 N , N2亚甲基双 丙烯酰胺 ,搅拌混合 ,充分溶解后加入三口瓶中升温 至 70 ℃搅拌反应 1. 5 h 左右 ,将反应混合物冷却 、抽 滤 、真空干燥后进行性能测定 。
该聚丙烯酸钠高吸水性树脂可以回收再利用 ,其 第一次吸水的最高吸水率为 606 % ,将吸过水的树脂 用烘箱烘干 ,再次吸水后其吸水率仍达 546 %。 3 结论 (1) 采用反相悬浮聚合法 ,以过硫酸钾为引发剂 、 N , N2亚甲基双丙烯酰胺为交联剂 、Span - 60 为分散 剂合成了聚丙烯酸钠高吸水性树脂 。
合程度 ;反应到 1. 5 h 后 ,反应趋于平衡 ,达到稳态聚 合阶段 ,生成速率与消失速率相等 ,构成了动态平衡 , 但反应时间过长 ,会造成树脂降解 ,分子量变小 ,吸水 率降低 。
2. 2 保水率 在上述最佳条件下 ,考察不同温度下树脂保水率
与时间的关系 ,结果见表 8 。
表 8 不同温度下树脂保水率与时间的关系
表 6 中和度对树脂吸水率的影响
中和度/ %
吸水率/ %
70
162
75
606
80
432
85
200
90
160
由表 6 可知 ,中和度为 75 %时吸水率最高 。这 是因为中和度低时 ,反应液酸性大 ,聚合速率快 ,易引 起爆聚 ,产生酸酐副交联且树脂分子链上的 —COOH 基团电离程度低 ,分子链及网络在吸水时呈收缩状 态 ,产生的渗透压及亲和力小 ,故吸水率低 。随着中 和度的增加 ,分子链上电离的 —COO - 基团增加 ,由 于 —COO - 基团的排斥作用 ,分子链伸直 ,网络膨胀 , 同时产生的渗透压及亲和力增大 ,因而吸水率提高 。 中和度过高时 ,网络结构上的离子浓度较大 ,水分子 和离子之间的氢键数量多且作用力强 。由于氢键具
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孙伯平 ,等 :聚丙烯酸钠高吸水性树脂的研究
11
到树脂分子链上的亲水基团数目的多少 ,从而影响到 树脂的吸水能力 。表 6 示出中和度对树脂吸水率的 影响 。
(2) 保水率[3 ]
称取一定量充分吸水的树脂凝胶 ,放入恒温烘箱
中 ,测定不同时间时树脂凝胶的质量 ,保水率可按式
(2) 计算 :
B
=
m1 m2
×100
%
(2)
式中 : B ———保水率 , % ;
m 1 ———定时脱水后树脂凝胶的质量 ,g ;
m 2 ———充分吸水后树脂凝胶的质量 ,g 。
吸水率降低 。且反应速率快时产生大量反应热 ,不易
及时散失 ,也易导致反应产生爆聚 。
(5) 反应温度 反应温度主要影响聚合反应速率 ,同时也影响聚
合物的分子量 、交联密度和反应是否出现爆聚 。表 5
示出反应温度对树脂吸水率的影响 。
表 5 反应温度对树脂吸水率的影响
反应温度/ ℃
吸水率/ %
孙伯平 ,等 :聚丙烯酸钠高吸水性树脂的研究
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聚丙烯酸钠高吸水性树脂的研究
孙伯平1 石红锦2 赵 伟1 凌 霞1
(1. 大庆华科股份有限公司 ,大庆 163316 ; 2. 沈阳化工学院材料科学与工程系 ,沈阳 110142)
摘要 采用反相悬浮聚合法合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂 。讨论了水油比 、分散剂种类 、交联剂用量 、引发剂用 量 、反应温度 、中和度及反应时间对树脂吸水率的影响 ,并研究了其保水率 。在最佳条件下合成的聚丙烯酸钠树脂吸水 率达 606 % ,在 80 ℃干燥 4 h 保水率仍达 83 % ,该吸水性树脂还可回收再利用 。
表 3 示出交联剂用量对树脂吸水率的影响 。
表 3 交联剂用量对树脂吸水率的影响
交联剂用量/ g
吸水率/ %
0. 010
304
0. 015
376
0. 020