高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析

专业技能综合实训报告

学院：化学与材料工程学院班级：材料高分子091班2011—2012 学年第二学期学号150409113 姓名高飞指导教师朱亚辉

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地点敬行楼高分子化学实验室时间

实训目的与要求：

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、探讨高吸水性树脂吸水倍率。

实训方案设计及原理：

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。电解质浓度增大，树脂的吸收能力下降。对于二盐离子如，除盐效应外，还可能在树脂的大分子之间羧基上产生交联，阻碍树脂凝胶的溶胀作用，从而影响吸水能力，因而二价金属离子对树脂吸水性的降低将更为显著。

本实验以丙烯酸为聚合单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸钾为引发剂聚合。

实训器材

药品：（用量）

丙烯酸（AA ）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA ）、过硫酸钾（K2S2O8）、试验用纯净水, NaOH 溶液、丙烯酰胺（AM ）。

仪器：（使用条件）

容量瓶 ：250mL 、500mL 、1000mL ； 移液管 ：1mL 、5mL 、10mL ；量 筒 ：5mL 、20mL ； 烧 杯 ：100mL 、250mL 、500ml ；表面皿、玻璃棒 、天平（或电子天平）、烘箱 实训过程：（包括主要步骤、实验分析等，可用流程、框图表示）

（一）、流程图：

（二）、实验步骤

1.、取20g 丙烯酸于100ml 烧杯中，逐渐加入40% NaOH 溶液, 使其中和度为60%~ 80%；

2、 加入0.24g 交联剂N, N-二甲基双丙烯酸胺, 0.03 g 的过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全；

3、 置于三颈烧瓶中，控制温度65℃进行反应, 1h 后停止搅拌；

丙烯酸 中和反应 混合溶液 聚合反应

干燥

剪切 干燥 产品 NaOH

水

交联剂 引发剂

4.、将溶液倒入大面积的玻璃培养皿中, 然后将其放入温度为80℃烘箱中进行干燥, 待烘烤至成型并且不再粘手时取出，用剪刀将产品剪成小块，并将剪好的小块放在表面皿上继续放入烘箱烘烤约为3~5h，直至产品完全干燥。

5、将烘干后的产品称取一定量放入500ml烧杯中进行吸水倍率及弹性的测定。

关键技术分析：（注意事项）

1、加NaOH溶液中和时，需慢慢加入，并快速搅拌。

2、聚合反应控制在65度左右，不能太高，以防暴聚。

3、树脂需剪成尽量小块，使其充分烘干，从而不影响吸水倍率的测定。

数据处理：

实训现象：

结果讨论：（设计方案，具体实验）

实训总结：

学生签名：

年月日参考资料：

评语与成绩：

教师签名：

年月日

填写说明：

1．表格不够填写，可抬高，增加页数。

2．签名、日期必须手写。