高吸水性树脂的制备和应用

苏州大学本科生毕业设计（论文）

高吸水性树脂的制备和应用

目录

中文摘要 (1)

ABSTRACT (1)

第一章前言 (2)

1.1 高吸水性树脂简介 (2)

1.2 高吸水性树脂分类 (3)

1.3 高吸水性树脂主要的聚合方法 (3)

第二章实验部分 (4)

2.1 实验试剂及仪器 (4)

2.2 主要实验 (4)

第三章结果与讨论 (4)

3.1 反应温度对反应时间的影响 (5)

3.2 引发剂用量对高吸水性树脂吸水倍率的影响 (5)

3.3 交联剂用量对高吸水性树脂吸水率的影响 (6)

3.4 丙烯酸和丙烯酰胺的单体比例对高吸水性树脂吸水率的影响 (7)

3.5 丙烯酸中和程度对高吸水性树脂吸水率的影响 (7)

3.6 反应温度对高吸水性树脂吸水率的影响 (8)

3.7 是否通氮气保护对反应的影响 (8)

3.8 结构表征 (8)

第四章高吸水性树脂的应用和发展方向 (9)

4.1高吸水性树脂的特殊而又广泛的应用领域 (9)

4.2高吸水性树脂未来的发展方向 (10)

第六章结论 (11)

参考文献 (12)

致谢 (13)

中文摘要

采用水溶液聚合法，以N，N 一亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂，过硫酸钾(KPS)或过硫酸铵（APS）为引发剂合成了高吸水性树脂聚(丙烯酸一丙烯酰胺)(P(AA—AM))，研究了单体配比、丙烯酸中和度、引发剂及交联剂用量、反应温度对树脂在去离子水和0．9％盐水和自来水中吸水率的影响．最佳条件下制备的树脂在去离子水中吸水率为1200 。

关键词:水溶液聚合丙烯酸丙烯酰胺合成吸水率

ABSTRACT

By solution polymerization ，using N,N一methylenebisacrylamide (NMBA ) as crosslinking agent，Potassium persulfate (KPS) , Ammonium persulfate(APS) as an initiator Synthesis of superabsorbent poly (acrylic acid a acrylamide)(P(AA-AM)), study the monomer ratio, and the degree of acrylic acid, initiator and crosslinker, the reaction temperature on the resin in deionized water and 0.9% saline and tap water in the water absorption. Resins prepared under optimal conditions in deionized water absorption is 1200.

Keywords: Solution polymerization Acrylic acid Acrylamide Synthesis Water absorption

第一章前言

1.1 高吸水性树脂简介

高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并且有一定文联度的功能性高分子材料。它不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收其自身重量几百倍乃至几千倍的水；吸水后立即溶胀为凝胶，具有优异的保水功能，即使受压也不溢出水。

高吸水树脂是近年来被广泛应用于工业、农业、建筑、环保[1] 日常生活各个领域的功能高分子材料, 经过近些年的发展, 吸水能力由最初的几十倍到如今的几百倍。我国是个农业大国, 土壤的种类多样化, 并且近些年来我国的土地干旱问题严重, 高吸水树脂在农业的发展潜力巨大, 可以起到保持土壤湿度、保肥等作用。目前, 国内外制备高吸水树脂的原料有4类: 淀粉类、合成树脂类、纤维素类、有机无机复合高吸水性树脂[2] 。其中, 纤维素类吸水树脂的耐盐性好, pH 值易于调节, 抗生物降解的性能比较好, 具有重要的环保意义和经济价值[3,4] 。天然纤维素来源广泛, 从资源的可持续利用, 低碳环保等方面, 纤维素类吸水树脂有广阔的前景。超强吸水树脂的开发还将带来有关学科如医学、生物工程学、生理卫生学、水土学、生命科学以及日用品、美容化妆、敏感元件等的发展[5] , 并且吸水树脂吸水后具有一定粘度, 在石油化工方面应用前景广泛。

美国、日本、欧洲各国都成功地开发了各种类型的高吸水性树脂，并已经用作纸制尿布和生理用品等卫生材料，用于防水材料、结露防止荆、保鲜荆、溶剂脱水荆等产业及绿化、农业等[6]。我国从80年代后期对高吸水性树脂进行了研究开发．取得了一定的成绩．陆续有一些小型的工厂投产，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力近几年，高吸水性树脂的世界需求量逐年增长，具有很大的发展潜力[7]。

高吸水性树脂的合成可分为两条路线：一是用天然高分子吸水材料改性，产品称为半合成树脂[8]；另一条路线则是由亲水单体聚合而成，产品称为合成树脂。由亲水单体合成高吸水性树脂主要有两种聚合方法：反相悬浮聚合和水溶液聚合。

高吸水性树脂的制备方法根据原料分类可分为淀粉系列、纤维素系列和合成聚合系列[9,10]，目前高吸水性树脂太多为合成聚合系列，尤其聚丙烯酸钠系列在高吸水性树脂领域中应用最为广泛。

我国从80年代后期对高吸水性树脂进行研究开发．取得了一定的成绩．陆续有一些小型的工厂投产，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力近几年，高吸水性树脂的世界需求量逐年增长，具有很大的发展潜力。高吸水性树脂的合成可分为两条路线：一是用天然高分子吸水材料改性，产品称为半合成树脂；另一条路线则是由亲水单体聚合而成，产品称为合成树脂。

1.2 高吸水性树脂分类天然高分子加工产物

淀粉-丙烯晴接枝聚合水解物

淀粉

-丙烯酸共聚物

淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物

其他淀粉类

纤维素接枝共聚物

纤维素类纤维素衍生物交联物

其他纤维素类

去其他多糖类：琼脂糖、壳多糖衍生物

蛋白质类

纯合成高分子

聚丙酸钠交联物

丙烯酸或丙烯酸钠-乙烯醇共聚物（丙烯酸甲酯-醋酸乙烯共聚皂

化物）

丙烯晴聚合皂化物

甲基丙烯酸羟乙基脂聚合物

其他聚丙烯酸类

聚乙烯醇交联聚合物

聚乙烯醇类乙烯醇和其他亲水性单体接枝聚合物

其他聚乙烯醇类

其他合成高分子类：聚环氧乙烷系、丁烯和马来酸酐共聚物等

1.3 高吸水性树脂主要的聚合方法

聚合方法主要有：本体聚合法、溶液聚合法和反相悬浮聚合法等[11,12]。本体聚合法由于反应热难以排除，加上聚合物出料难，用于实验室合成偏多。反相悬浮法以溶剂(油相)为分散介质，水溶性单体在悬浮剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合反应．溶液聚合法反应单体和引发剂等在适当的溶剂中进行聚合，聚合工艺简单，单体转化率高，吸水能力和保水能力强，最主要是制备工艺具有物耗低、能耗低、污染小的特点，是一种符合环保节能的制备方法，特别适合于工业化生产。本实验主要采用溶液聚合法来合成丙烯酸系高吸水性树脂。

水溶液聚合法操作简单、环境友好，是通过单体的烯烃双键的游离加成反应完成的。