高吸水性树脂的制备

111m g h g m t --∆⋅⋅=∆吸水速率高吸水性树脂的制备

一、实验目的

1、 了解高吸水性树脂的基本功能及其用途

2、 了解高吸水性树脂的合成原理和制备方法 二、实验原理

高吸水性树脂是近几年发展起来的一种新型功能高分子材料，由于分子中含有大量的羧基、羟基等亲水基团，因此吸水能力很强，其吸水倍数可达自身重量的数百倍甚至上千倍，吸水速度极快，可在数十秒内生成凝胶。另外，在制备高吸水性树脂的反应过程中，由于分子间发生微量交联，使其不溶于水，也不溶于有机溶剂。高吸水性树脂分散性好，无毒无味，加压不脱水，可以反复使用，现已发展成为系列化产品。某些型号的高吸水性树脂可以在一定时间内自行分解，不污染环境。目前，高吸水性树脂的制备主要有以下三种方法：第一种是在淀粉骨架上接枝含有乙烯基的单体，然后皂化、干燥而制成；第二种是在纤维上进行接枝制得；第三种是将水溶性高分子如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等进行轻微交联而制得。

本实验采用第一种制备方法，以四价铈为引发剂在淀粉底基上接枝丙烯腈，然后皂化制得高吸水性树脂。四价铈首先同淀粉链上带羟基的碳原子进行氧化还原反应，形成碳自由基，进一步引发丙烯腈单体进行接枝反应，接枝产物经水解皂化后制得吸水性树脂。 三、实验仪器与试剂

仪器：电动搅拌器、250mL 三口烧瓶、冷凝管、单口烧瓶、温度计、烧杯 试剂：淀粉、丙烯腈（用前蒸馏），0.08%的硫酸铈铵溶液（用1%H 2SO 4配成），0.5mol/L 硫酸溶液，0.5mol/L 氢氧化钠溶液，氮气。 四、实验步骤

1、 高吸水性树脂的制备

（1） 向干燥的250ml 三口烧瓶中加入2.5g 干燥过的淀粉、100ml0.08%的硫酸铈铵溶液（用1%H 2SO 4配成）和20ml 丙烯腈单体。 （2） 将三口烧瓶置于40~45℃恒温水浴中，在氮气保护下进行接枝聚合，反应1.5h 。 （3） 将产物过滤，并用去离子水和丙酮进一步清洗，然后置于真空烘箱中于60℃烘干。

（4） 将上面制得的干燥的接枝产物放入单口烧瓶中进行水蒸气回流水解，以除去未进行接枝反应的淀粉，然后用乙醇回流皂化2h 。

（5） 皂化反应完成后将产品用0.5mol/L 硫酸溶液沉淀、水洗，最后用0.5mol/L 氢氧化钠溶液中和到pH7~9,再次置于60℃真空烘箱中干燥，得到高吸水性树脂。 2、 吸水率的测定

准确称取一定质量（0.1g ）的干树脂，加入1L 的去离子水中，每隔10min 过滤一次，称量并记下吸水后树脂的质量，每称完一次，立即将吸水后的树脂置于滤出的水中。直至质量保持恒重。

产品的吸水倍率和吸水速率的计算公式如下：

其中： m 1：干树脂的质量 m 2：吸液饱和后湿树脂的质量 Δt ：相同的间隔时间

Δm ：相邻两次测量的树脂的质量差 绘出吸水速率与吸水时间的曲线。

1

211

·g m m m --=吸水倍率g

表-1树脂吸水质量与时间表

由上图可以看出，树脂的吸水量随着时间的推移而不断增大，大约80min 后，树脂吸水基本达到饱和，此时树脂的吸水倍率为167g ·g -1。

从上图可以看出，树脂的吸水速率先随着时间的推移逐渐增大，在60min 左右时，吸水速率达到最大值，约375g ·h -1·g -1；达到最大值后，吸水速率随着时间的增加而逐渐降低，最后将趋近于零。 五、实验结果与讨论

1、 高吸水性树脂的吸水机理是什么？

当树脂遇水时，亲水基团与水分子的水合作用，使高分子网束伸展，产生网内外离子浓度差，水分子继续以渗透压作用向网结构内渗透。

树脂的吸水倍率-时间曲线

吸水倍率

g ·g -1

时间 t/min

20406080

20406080100120140160

180

吸

水倍率g ·g -1时间t/min

树脂的吸水速率——时间曲线