高吸水树脂聚丙烯酸钠性能影响因素的探讨
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搅拌并冰浴下向装有 ５ｇ 丙烯酸的烧杯中逐滴加入 １０ｇ ２５％的 ＮａＯＨ 溶液， 用玻璃棒不断搅拌。冷却后， 分别 加入适量的添加剂（ 种类分别为蒸馏水， 自来水， Ｉ＝１０－２的
ＮａＣｌ 溶液， Ｉ＝１０－２ 的 ＣａＣｌ２ 溶液， 浓度为 １％的尿素） 和 ０．００２ｇ 交联剂 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺， 充分搅拌， 约 １０ｍｉｎ 后， 加引发剂过硫酸钾， 搅拌使其分散均匀。将混 合液置于 ７０℃烘箱中进行聚合反应 ４ｈ。取出样品将其 剪成小块， 置于 １５０℃烘箱中干燥后袋装备用。 １．２．２ 工艺 Ｂ
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。
工业生产中， 对使用自来水作溶剂应深入研究。本 实验以自来水为溶剂的产品， 其吸液倍率约降为以蒸馏 水为溶剂产品倍率的 ２／３， 这对工业生产无疑是一个巨 大挑战。但此结果有助于工业生产中根据不同的要求生
产出合适的性价比的产品。
２．２ 交联剂使用效率的提高 由 交 联 剂 的 作 用 原 理［５］知 最 好 是 在 不 溶 于 水 的 情 况
在实验现象中观察到， 吸胀饱和后， 浸泡在高离子 强 度 的 ＣａＣｌ（２ 大 于 １０－２） 溶 液 中 的 树 脂 呈 白 色（ 其 它 均 为无色） 蜷缩态； 浸泡在高离子强度的 ＡｌＣｌ（３ 大于 ５×１０－３） 溶液中的树脂表面稍硬脆， 有壳状质感。这是因为聚丙 烯酸是阴离子型的高分子电解质， 其羧基可与某些高价 金属阳离子配位络合， 形成不溶性的交联聚合物， 而适 当过量的高价金属阳离子又可以起到与高吸水树脂复 合的作用［１］。不同金属离子与树脂的络合程度不同， 导致 了某些离子（ 如 Ｃａ２＋） 呈现出了特殊性。
１ 实验部分
１．１ 主要原料 丙烯酸（ 分析纯， 减压蒸馏除去阻聚剂） ， ＮａＯＨ（ 分析
纯） ， 交联剂： Ｎ， Ｎ＇－ 亚甲基双丙烯酰胺（ 分析纯） ， 引发剂： 过硫酸钾（ 分析纯） ， 尿素（ 分析纯） ， ＮａＣ（ｌ 分析纯） ， ＣａＣｌ２ （ 分析纯） 。 １．２ 高吸水复合材料的制备 １．２．１ 工艺 Ａ
Ｑ（ ｇ／ｇ） ＝（ ｍ２－ ｍ１） ／ｍ１×１００％
２ 结果与讨论
２．１ 加入不同添加剂对产品吸液率的影响 由 工 艺 Ａ 制 得 的 各 产 品 在 蒸 馏 水 和 ０．９％的 ＮａＣｌ
（ 生理盐水） 溶液中的吸液倍率如表 １ 所示。
表 １ 工艺 Ａ 的吸液结果
蒸馏水 生理盐水
蒸馏水 ７２０ ７０
２４
总第 １４２ 期 ２００６ 年第 ４ 期
安徽化工
吸生理盐水倍率： 尿素＞蒸馏水＞ＣａＣｌ２＞自来水＞ＮａＣｌ。 由此可见不同类型的添加剂对产品吸液倍率的影
响不同， 其中尿素为有机物， 影响最小， 但可能提高了树 脂的耐盐性， 其余均为电解质， 且自来水含电解质最多， 其对产品倍率下降的影响最大。
下处于最佳交联度的树脂， 才有可能是吸水倍率最好的 超强吸水剂。因此控制好交联剂的用量， 提高其使用效 率是合成优质高吸水树脂的关键因素之一。
本实验所用的交联剂是 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺， 它与丙烯酸都是水溶性的， 但却不易溶于丙烯酸。因此， 最好先将其溶于水溶液， 再与丙烯酸混合。实验还研究 了工艺 Ｂ， 即加入交联剂后经细胞粉碎机超声分散对产 品吸液率的影响。结果显示产品的吸液倍率和凝胶强度
２００１， ２９（ １２） ： １１～１３． ［３］ 蒋永华． 聚丙烯酸钠的合成［Ｊ］． 石油化工， ２００３，（ ６） ． ［４］ 詹发禄， 柳明珠， 等． 具有缓释肥功效超强吸水树脂的研究［Ｊ］．
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
（ ２） 交联剂 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺是水溶性的， 易在水溶剂中溶解后再参与反应， 且经超声可进一步提 高其使用效率。另外， 可寻找廉价高效的高价金属化合 物代替昂贵的有机交联剂。
（ ３） 吸液率的测定表明高吸水树脂的吸液倍率随 电解质离子强度的增强而下降， 对某些含高价金属离子 的溶液表现得尤为显著。
在工艺 Ａ 加入添加剂和交联剂搅拌后， 用超声细胞 粉 碎 机 分 散（ ３ｍｉｎ， ２００Ｗ） ， 再 加 入 引 发 剂 等 处 理 ， 如 工 艺 Ａ。 １．３ 吸液倍率的测定
采用过滤法测定吸液速率。准确称取不同样品各 ０．２ｇ（ ｍ１， 双份） ， 放入烧杯中， 分别加入过量的蒸馏水， ０．９％的 ＮａＣｌ 水溶液， 室温下静置 ２４ｈ 后， 用 １００ 目的金 属筛过滤， 并使凝胶在网筛上静置 ３～４ｍｉｎ 去除游离水， 然后称出凝胶质量（ ｍ２） 。按下式计算吸液倍率（ Ｑ） ：
郑邦乾、张洁辉［９］研究了树脂粒径对 产 品 吸 液 速 率 和保水率性能的影响。实验选择了以蒸馏水为溶剂的产 品专作粒径对高吸水树脂性能影响的初步研究。将树脂 浸泡 ２４ｈ， 吸水达饱 和 后 ， 测 得 树 脂 吸 蒸 馏 水 的 结 果 如 表 ３ 所示（ 粒径数值为约值） 。
张明芳， 等： 高吸水树脂聚丙烯酸钠性能影响因素的探讨
值得注意的是， 鉴于粒径的影响， 在评价同类产品 的吸液性能时， 应将其列为一项参考标准。另外， 吸液速
率及保水率对干旱地区农业方面之于保水剂的要求有 重要影响， 因此产品的粒径显得尤为重要， 应重视这方 面的研究。
３ 结论
（ １） 合成过程中不同添加剂的加入对产品性能的 影响及产品对一些电解质溶液的吸液特性的研究结果 对于工业生产和农业应用有十分重要的参考价值。
（ ４） 一定范围内， 粒径越小， 产品的吸液倍率和速 率越大； 若粒径过小， 产品可溶性增加， 且保水率下降。
参考文献 ［１］ 邹新禧．超强吸水剂［Ｍ］， 北京： 化学工业出版社， ２００２． ［２］ 闫 军 ， 张 丽 华 ， 周 秀 苗 ． 耐 盐 性 吸 水 树 脂 ［Ｊ］． 化 工 新 型 材 料 ，
自来水 ４３０ ４０
添加剂 ＮａＣｌ ４９７
５５
ＣａＣｌ２ ５４８ ５７
注： 离子强度： ＩＮａＣｌ＝ １０－ ２， ＩＣａＣｌ２＝ １０－ ２， 浓度： 尿素 １％
尿素 ６４７ ８２
对表 １ 的含各类添加剂树脂吸液倍率排序， 结果 为： 吸蒸馏水倍率： 蒸馏水＞尿素＞ＣａＣｌ２＞ＮａＣｌ＞自来水 ；
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、
吸液倍率（ ％）
Ｎａ２ＳＯ３） 中的吸液倍率特性， 结果如图 １ 所示， 可见随着 溶液离子强度增加， 高吸水树脂的吸液倍率迅速下降， 对含高价金属离子的溶液下降的更为明显， 其中对钙盐 下降的趋势最大。
据詹发禄、柳明珠［４］等人对具有缓 释 肥 功 效 超 强 吸
水树脂的研究结果推测， 含尿素添加剂的产品呈现出较 好的耐盐性是由于键合在高分子侧链上的氮元素在盐
溶液中由于渗透压小而未溶解， 因而起到了一定的络合 作用， 提高了产品的凝胶强度； 而钠盐仅仅只是包埋在 产物中， 当样品与溶液接触后， 由于钠与高分子骨架之 间未形成化学键， 氯化钠迅速电离出正负离子， 其中正 离子所带的电荷能够抵消聚合物骨架上所带的负电荷， 从而使高吸水性树脂的溶胀力减小， 所以产物的吸水率 随电解质加入量的增加而降低。据此， 可在生产中添加 适量能起到络合作用的添加剂以提高产品的耐盐性， 而 尽量避免钠等低价离子的加入。
都有所提高。树脂经超声后与超声前的吸液倍率比如表
２ 所示。
表 ２ 树脂经超声后与超声前的吸液倍率比
添加剂 蒸馏水 倍率比 １．８２
自来水 ２．２１
ＮａＣｌ １．９４
ＣａＣｌ２ １．９９
尿素 １．９０
由表 ２ 可知经细胞粉碎机超声分散可进一步提高 交联剂的使用效率， 完善高吸水树脂的三维网络结构， 从而提高产品的耐盐性。
高吸水树脂由于其独特的吸水能力和优良的保水能 力， 广泛应用于农林业、沙漠防治与绿化、土木建筑、医药 卫生等方面［１］。目前广泛应用的原材料是丙烯酸， 具有成 本低， 工艺简单， 环境污染小， 吸水性能好以及产品保质 期长等一系列优点， 但缺点是耐盐性差［２］， 而实际应用环 境多是离子性水溶液， 因此， 研究各种离子对高吸水树脂 吸液性能的影响， 对提高这一类树脂的凝胶强度具有十 分重要的意义。
这些特殊现象的应用有待于进一步开发。例如可利 用“ 络 合 作 用 ”寻 找 廉 价 的 含 高 价 金 属 元 素 的 无 机 化 合 物代替昂贵的具有非共轭多双键的有机化合物作交联 剂， 以降低生产成本， 提高产品的耐盐性。马松海、柳明 珠［８］等 人 已 成 功 合 成 了 以 氧 化 铝 作 交 联 剂 的 聚 丙 烯 酸 钠 高吸水树脂， 其性能良好。 ２．４ 产品粒径对高吸水树脂性能的影响
吸水倍率（ ％）
时间（ ｈ） 图 ２ 不wk.baidu.com粒径树脂吸液速率变化图
由图 ２ 可知， 一定范围内， 粒径越小， 产品的吸液倍 率和凝胶强度有所提高， 吸液速率显著提高。这是由于 树脂粒径大， 水从树脂的表面渗进树脂内部的距离大， 高分子网络收缩能力相对增大， 而高分子链不能充分扩 展， 因而吸水（ 液） 倍率比粒径较小的低。但是， 从表面 积理论上讲， 相同质量的样品中， 粒径越小则表面积越 大， 吸收越快， 所以粒径太小则会形成“粉团”， 使样品颗 粒聚集在一起， 影响吸收率， 且树脂粒径越小， 保水性就 越差［８］。因此， 只有合适的粒径范围， 才会使产品的综合 性能更加良好。限于实验条件， 本产品粒径的最佳范围 有待进一步研究。
２５
表 ３ 不同粒径产品的吸水倍率
粒 径 （ｍｍ）
１
３
５
吸水倍率
１４０７
１０６８
７９０
由表 ３ 可知， 粒径的大小对产品的吸水倍率和吸水 后凝胶性状有一定的影响。粒径太大， 吸水达饱和时， 凝 胶强度很不均匀， 而粒径约为 １ｍｍ 的产品吸水后的凝 胶强度较好。实验中同时发现粒径对树脂吸液速率有显 著影响， 吸水速率的变化大致如图 ２ 所示。
在工业生产中， 若能够以自来水替代蒸馏水为溶剂 合成出性能较好的产品， 定会降低成本， 利于大规模生 产。本文在较优合成条件下 （ 单体浓度 ３０％； 中和度 ９０％； 交联剂浓度 ０．０２； 引发剂浓度 ０．１％） ［３］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对 高吸水树脂性能的影响， 以及产品在几种不同浓度电解 质溶液中的吸液率特性， 同时初步探讨了交联剂使用的 改进， 产品粒径对其性能提高的影响， 有望能为实际生产 和应用做一些前期探索工作。
离子强度 图 １ 离子强度对树脂吸液性能的影响
吸 水 树 脂 的 吸 水 机 理［６］决 定 了 它 的 吸 液 倍 率 与 其 所 处的外部环境有关。在同一种盐溶液中， 随着浓度增 大， 溶液中的金属阳离子对树脂结构中的钠离子的屏 蔽作用增强， 使高分子链的伸展受到一定限制而扩张程 度下降， 因此吸液倍率下降。而在电解质浓度相同时， 根据 Ｆｌｏｒｙ［７］理论， 树脂对高价电解质溶液的吸液率低于 低价电解质溶液的吸液率， 但钙盐却呈现出了特殊性。
ＮａＣｌ 溶液， Ｉ＝１０－２ 的 ＣａＣｌ２ 溶液， 浓度为 １％的尿素） 和 ０．００２ｇ 交联剂 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺， 充分搅拌， 约 １０ｍｉｎ 后， 加引发剂过硫酸钾， 搅拌使其分散均匀。将混 合液置于 ７０℃烘箱中进行聚合反应 ４ｈ。取出样品将其 剪成小块， 置于 １５０℃烘箱中干燥后袋装备用。 １．２．２ 工艺 Ｂ
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。
工业生产中， 对使用自来水作溶剂应深入研究。本 实验以自来水为溶剂的产品， 其吸液倍率约降为以蒸馏 水为溶剂产品倍率的 ２／３， 这对工业生产无疑是一个巨 大挑战。但此结果有助于工业生产中根据不同的要求生
产出合适的性价比的产品。
２．２ 交联剂使用效率的提高 由 交 联 剂 的 作 用 原 理［５］知 最 好 是 在 不 溶 于 水 的 情 况
在实验现象中观察到， 吸胀饱和后， 浸泡在高离子 强 度 的 ＣａＣｌ（２ 大 于 １０－２） 溶 液 中 的 树 脂 呈 白 色（ 其 它 均 为无色） 蜷缩态； 浸泡在高离子强度的 ＡｌＣｌ（３ 大于 ５×１０－３） 溶液中的树脂表面稍硬脆， 有壳状质感。这是因为聚丙 烯酸是阴离子型的高分子电解质， 其羧基可与某些高价 金属阳离子配位络合， 形成不溶性的交联聚合物， 而适 当过量的高价金属阳离子又可以起到与高吸水树脂复 合的作用［１］。不同金属离子与树脂的络合程度不同， 导致 了某些离子（ 如 Ｃａ２＋） 呈现出了特殊性。
１ 实验部分
１．１ 主要原料 丙烯酸（ 分析纯， 减压蒸馏除去阻聚剂） ， ＮａＯＨ（ 分析
纯） ， 交联剂： Ｎ， Ｎ＇－ 亚甲基双丙烯酰胺（ 分析纯） ， 引发剂： 过硫酸钾（ 分析纯） ， 尿素（ 分析纯） ， ＮａＣ（ｌ 分析纯） ， ＣａＣｌ２ （ 分析纯） 。 １．２ 高吸水复合材料的制备 １．２．１ 工艺 Ａ
Ｑ（ ｇ／ｇ） ＝（ ｍ２－ ｍ１） ／ｍ１×１００％
２ 结果与讨论
２．１ 加入不同添加剂对产品吸液率的影响 由 工 艺 Ａ 制 得 的 各 产 品 在 蒸 馏 水 和 ０．９％的 ＮａＣｌ
（ 生理盐水） 溶液中的吸液倍率如表 １ 所示。
表 １ 工艺 Ａ 的吸液结果
蒸馏水 生理盐水
蒸馏水 ７２０ ７０
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总第 １４２ 期 ２００６ 年第 ４ 期
安徽化工
吸生理盐水倍率： 尿素＞蒸馏水＞ＣａＣｌ２＞自来水＞ＮａＣｌ。 由此可见不同类型的添加剂对产品吸液倍率的影
响不同， 其中尿素为有机物， 影响最小， 但可能提高了树 脂的耐盐性， 其余均为电解质， 且自来水含电解质最多， 其对产品倍率下降的影响最大。
下处于最佳交联度的树脂， 才有可能是吸水倍率最好的 超强吸水剂。因此控制好交联剂的用量， 提高其使用效 率是合成优质高吸水树脂的关键因素之一。
本实验所用的交联剂是 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺， 它与丙烯酸都是水溶性的， 但却不易溶于丙烯酸。因此， 最好先将其溶于水溶液， 再与丙烯酸混合。实验还研究 了工艺 Ｂ， 即加入交联剂后经细胞粉碎机超声分散对产 品吸液率的影响。结果显示产品的吸液倍率和凝胶强度
２００１， ２９（ １２） ： １１～１３． ［３］ 蒋永华． 聚丙烯酸钠的合成［Ｊ］． 石油化工， ２００３，（ ６） ． ［４］ 詹发禄， 柳明珠， 等． 具有缓释肥功效超强吸水树脂的研究［Ｊ］．
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
（ ２） 交联剂 Ｎ， Ｎ′－ 亚甲基双丙烯酰胺是水溶性的， 易在水溶剂中溶解后再参与反应， 且经超声可进一步提 高其使用效率。另外， 可寻找廉价高效的高价金属化合 物代替昂贵的有机交联剂。
（ ３） 吸液率的测定表明高吸水树脂的吸液倍率随 电解质离子强度的增强而下降， 对某些含高价金属离子 的溶液表现得尤为显著。
在工艺 Ａ 加入添加剂和交联剂搅拌后， 用超声细胞 粉 碎 机 分 散（ ３ｍｉｎ， ２００Ｗ） ， 再 加 入 引 发 剂 等 处 理 ， 如 工 艺 Ａ。 １．３ 吸液倍率的测定
采用过滤法测定吸液速率。准确称取不同样品各 ０．２ｇ（ ｍ１， 双份） ， 放入烧杯中， 分别加入过量的蒸馏水， ０．９％的 ＮａＣｌ 水溶液， 室温下静置 ２４ｈ 后， 用 １００ 目的金 属筛过滤， 并使凝胶在网筛上静置 ３～４ｍｉｎ 去除游离水， 然后称出凝胶质量（ ｍ２） 。按下式计算吸液倍率（ Ｑ） ：
郑邦乾、张洁辉［９］研究了树脂粒径对 产 品 吸 液 速 率 和保水率性能的影响。实验选择了以蒸馏水为溶剂的产 品专作粒径对高吸水树脂性能影响的初步研究。将树脂 浸泡 ２４ｈ， 吸水达饱 和 后 ， 测 得 树 脂 吸 蒸 馏 水 的 结 果 如 表 ３ 所示（ 粒径数值为约值） 。
张明芳， 等： 高吸水树脂聚丙烯酸钠性能影响因素的探讨
值得注意的是， 鉴于粒径的影响， 在评价同类产品 的吸液性能时， 应将其列为一项参考标准。另外， 吸液速
率及保水率对干旱地区农业方面之于保水剂的要求有 重要影响， 因此产品的粒径显得尤为重要， 应重视这方 面的研究。
３ 结论
（ １） 合成过程中不同添加剂的加入对产品性能的 影响及产品对一些电解质溶液的吸液特性的研究结果 对于工业生产和农业应用有十分重要的参考价值。
（ ４） 一定范围内， 粒径越小， 产品的吸液倍率和速 率越大； 若粒径过小， 产品可溶性增加， 且保水率下降。
参考文献 ［１］ 邹新禧．超强吸水剂［Ｍ］， 北京： 化学工业出版社， ２００２． ［２］ 闫 军 ， 张 丽 华 ， 周 秀 苗 ． 耐 盐 性 吸 水 树 脂 ［Ｊ］． 化 工 新 型 材 料 ，
自来水 ４３０ ４０
添加剂 ＮａＣｌ ４９７
５５
ＣａＣｌ２ ５４８ ５７
注： 离子强度： ＩＮａＣｌ＝ １０－ ２， ＩＣａＣｌ２＝ １０－ ２， 浓度： 尿素 １％
尿素 ６４７ ８２
对表 １ 的含各类添加剂树脂吸液倍率排序， 结果 为： 吸蒸馏水倍率： 蒸馏水＞尿素＞ＣａＣｌ２＞ＮａＣｌ＞自来水 ；
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、
吸液倍率（ ％）
Ｎａ２ＳＯ３） 中的吸液倍率特性， 结果如图 １ 所示， 可见随着 溶液离子强度增加， 高吸水树脂的吸液倍率迅速下降， 对含高价金属离子的溶液下降的更为明显， 其中对钙盐 下降的趋势最大。
据詹发禄、柳明珠［４］等人对具有缓 释 肥 功 效 超 强 吸
水树脂的研究结果推测， 含尿素添加剂的产品呈现出较 好的耐盐性是由于键合在高分子侧链上的氮元素在盐
溶液中由于渗透压小而未溶解， 因而起到了一定的络合 作用， 提高了产品的凝胶强度； 而钠盐仅仅只是包埋在 产物中， 当样品与溶液接触后， 由于钠与高分子骨架之 间未形成化学键， 氯化钠迅速电离出正负离子， 其中正 离子所带的电荷能够抵消聚合物骨架上所带的负电荷， 从而使高吸水性树脂的溶胀力减小， 所以产物的吸水率 随电解质加入量的增加而降低。据此， 可在生产中添加 适量能起到络合作用的添加剂以提高产品的耐盐性， 而 尽量避免钠等低价离子的加入。
都有所提高。树脂经超声后与超声前的吸液倍率比如表
２ 所示。
表 ２ 树脂经超声后与超声前的吸液倍率比
添加剂 蒸馏水 倍率比 １．８２
自来水 ２．２１
ＮａＣｌ １．９４
ＣａＣｌ２ １．９９
尿素 １．９０
由表 ２ 可知经细胞粉碎机超声分散可进一步提高 交联剂的使用效率， 完善高吸水树脂的三维网络结构， 从而提高产品的耐盐性。
高吸水树脂由于其独特的吸水能力和优良的保水能 力， 广泛应用于农林业、沙漠防治与绿化、土木建筑、医药 卫生等方面［１］。目前广泛应用的原材料是丙烯酸， 具有成 本低， 工艺简单， 环境污染小， 吸水性能好以及产品保质 期长等一系列优点， 但缺点是耐盐性差［２］， 而实际应用环 境多是离子性水溶液， 因此， 研究各种离子对高吸水树脂 吸液性能的影响， 对提高这一类树脂的凝胶强度具有十 分重要的意义。
这些特殊现象的应用有待于进一步开发。例如可利 用“ 络 合 作 用 ”寻 找 廉 价 的 含 高 价 金 属 元 素 的 无 机 化 合 物代替昂贵的具有非共轭多双键的有机化合物作交联 剂， 以降低生产成本， 提高产品的耐盐性。马松海、柳明 珠［８］等 人 已 成 功 合 成 了 以 氧 化 铝 作 交 联 剂 的 聚 丙 烯 酸 钠 高吸水树脂， 其性能良好。 ２．４ 产品粒径对高吸水树脂性能的影响
吸水倍率（ ％）
时间（ ｈ） 图 ２ 不wk.baidu.com粒径树脂吸液速率变化图
由图 ２ 可知， 一定范围内， 粒径越小， 产品的吸液倍 率和凝胶强度有所提高， 吸液速率显著提高。这是由于 树脂粒径大， 水从树脂的表面渗进树脂内部的距离大， 高分子网络收缩能力相对增大， 而高分子链不能充分扩 展， 因而吸水（ 液） 倍率比粒径较小的低。但是， 从表面 积理论上讲， 相同质量的样品中， 粒径越小则表面积越 大， 吸收越快， 所以粒径太小则会形成“粉团”， 使样品颗 粒聚集在一起， 影响吸收率， 且树脂粒径越小， 保水性就 越差［８］。因此， 只有合适的粒径范围， 才会使产品的综合 性能更加良好。限于实验条件， 本产品粒径的最佳范围 有待进一步研究。
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表 ３ 不同粒径产品的吸水倍率
粒 径 （ｍｍ）
１
３
５
吸水倍率
１４０７
１０６８
７９０
由表 ３ 可知， 粒径的大小对产品的吸水倍率和吸水 后凝胶性状有一定的影响。粒径太大， 吸水达饱和时， 凝 胶强度很不均匀， 而粒径约为 １ｍｍ 的产品吸水后的凝 胶强度较好。实验中同时发现粒径对树脂吸液速率有显 著影响， 吸水速率的变化大致如图 ２ 所示。
在工业生产中， 若能够以自来水替代蒸馏水为溶剂 合成出性能较好的产品， 定会降低成本， 利于大规模生 产。本文在较优合成条件下 （ 单体浓度 ３０％； 中和度 ９０％； 交联剂浓度 ０．０２； 引发剂浓度 ０．１％） ［３］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对 高吸水树脂性能的影响， 以及产品在几种不同浓度电解 质溶液中的吸液率特性， 同时初步探讨了交联剂使用的 改进， 产品粒径对其性能提高的影响， 有望能为实际生产 和应用做一些前期探索工作。
离子强度 图 １ 离子强度对树脂吸液性能的影响
吸 水 树 脂 的 吸 水 机 理［６］决 定 了 它 的 吸 液 倍 率 与 其 所 处的外部环境有关。在同一种盐溶液中， 随着浓度增 大， 溶液中的金属阳离子对树脂结构中的钠离子的屏 蔽作用增强， 使高分子链的伸展受到一定限制而扩张程 度下降， 因此吸液倍率下降。而在电解质浓度相同时， 根据 Ｆｌｏｒｙ［７］理论， 树脂对高价电解质溶液的吸液率低于 低价电解质溶液的吸液率， 但钙盐却呈现出了特殊性。