高吸水性树脂

高吸水性树脂聚丙烯酸的制备

化工系 毕啸天 2010011811

一、实验目的

1.了解高吸水树脂的制备方法

2.了解高吸水树脂的吸水原理及影响因素

二、实验原理

高吸水性树脂（Superabsorbent polymers ，简称SAP ），是一种能够吸收并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。属于水凝胶，能够通过和水分子连接的氢键吸收溶液。因此，高吸水性高分子吸水能力受溶液离子浓度影响。在去离子水和蒸馏水中，高吸水性高分子可以吸收500倍于本身重量（30-60倍于本身体积），但是如果放入0.9%盐水中，吸收能力下降到50倍于本身重量。溶液中的价态阳离子的出现会妨碍高分子与水分子形成价键的能力。 总吸收性和膨胀能力由和高分子的交联类型和交联度所控制。低密度交联高吸水性高分子通常具有较高吸水能力，并膨胀到比较大的程度。高交联密度的高分子显示出来低吸收能力和膨胀能力。胶的强度较强，能在适当的压力下保持颗粒的形状。

高吸水性树脂的性能包括树脂的吸收能力、吸液速率、保水能力、强度和稳定性等，其中吸水倍率是高吸水性树脂最重要的性能指标。Flory-Huggins 公式可较全面的反映影响树脂吸水能力的各种因素。

吸收倍率Q （膨胀度）：1g 树脂所吸收的液体的量。单位为g/g 或倍。

1

1

2m m m Q -=

m 1为树脂（干态）质量，g ；m 2为树脂吸水饱和后的质量，g 。

()0e 112

2/1u 3

/5V V V x 21S 2V i Q ⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≈

反应方程：

(NH 4)2S 2O 8N H

N H O O

CH 2

CH CH 2CONH CH 2

CONH CH

CH

-

CH 2CH 2COO -CH

CONH CH 2CH CONH CONH

CH 2CONH CH

CH 2CH

COO -

CH 2CH

CH 2

三、实验药品性质

表1.实验药品物性

注：1、表中主要数据来自MSDS数据库，其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺来自Reaxys 数据库；

2、表中密度均指相对密度，以水为基准1；

3、表中熔点、沸点单位均为摄氏度。

四、实验仪器及装置图

烧杯，尼龙网，培养皿，真空干燥器。

五、实验操作及现象解释

六、实验注意事项

1. 制备树脂的过程中，所有用水均需要用去离子水，不能用自来水。因为自来水中的离子会对聚合过程产生影响；

2. 投料时应将NaOH慢慢加入丙烯酸中。酸碱中和会放出大量热；

3. 筛分时注意不同层对应的目数；

4. 吸水平衡后，树脂不透过纱布滴水即可称重。

七、实验结果

投入0.101g树脂，布重1.462g，总重42.163g

吸水倍率=42.163−1.462

0.101

=403

八、参考文献

《高分子化学》清华大学出版社唐黎明、庹新林

《高分子化学实验与技术》清华大学出版社杜奕

九、思考题

9.1 高吸水性树脂一般具备什么样的结构？

高吸水性树脂一般是三维网状结构。分子中有强亲水性基团用于吸水，具有交联结构用于保水。

一般来说，亲水基团极性越强，含量越多，吸水率越高，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易脱去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减少，使吸水率明显降低。

9.2 高吸水性树脂的溶胀原理是什么？

聚丙烯酸钠在水中电离，生成钠离子和侧链带负电的高分子。侧链上的阴离子相互排斥，因此链的构象比中性高分子更舒展，从而溶胀。

9.3 影响高吸水性树脂吸水倍率的因素有哪些？

影响高吸水性树脂吸水倍率的因素主要有：丙烯酸的中和度，交联度和引发剂的用量。本次实验，除我外7人主要测试了交联剂的用量对其吸水倍率的影响。

十、实验结果汇总及对比

表2.实验原始数据

不考虑我的数据，将其余结果整理如下：所用单体均可认为5g，引发剂0.1g，只研交联剂、中和度两个因素对吸水倍率的影响。

由上表可以看出：在中和度确定后，随着交联剂用量增加，吸水倍率逐渐下降。交联剂用量相同时，中和度50%组的吸水倍率普遍低于中和度25%组。

0.005

0.010.0150.020.025

0.03

200

220240260280300320

340360380400交联剂质量分数(%)

吸水倍率

中和度50%时交联剂质量分数对吸水倍率的影响

0.005

0.010.0150.02

0.025

200

250300350400450500

550600650700交联剂含量(%)

吸水倍率

中和度25%时交联剂质量分数对吸水倍率的影响

因此可以大致得到结论：本实验中吸水树脂最佳配方为交联剂用量0.5%，中和度25%。而且当交联剂用量高于0.5%后，吸水倍率会下降。中和度50%的效果不如25%。