高吸水树脂及其合成工艺路线
高吸水性树脂的合成
研究背景
研究背景
高吸水性树脂的应用领域广泛，如用作尿布、卫生巾、止血棉等医疗用品的 吸水材料，提高农作物的抗旱能力，以及在土木工程中用作土壤保水剂等。自20 世纪60年代以来，高吸水性树脂的研究和开发逐渐受到重视，至今已发展成为全 球范围内的重要产业。
合成方法
1、原材料选择
1、原材料选择
合成高吸水性树脂的原材料主要包括天然高分子材料和合成高分子材料。天 然高分子材料如纤维素、甲壳素等，具有环保、可持续等优点，但产量有限。合 成高分子材料如聚丙烯酸、聚乙烯醇等则具有较高的吸水能力，且可通过对聚合 物的分子量、交联度等进行调控来优化吸水性能。
材料与方法
在材料选择方面，目前常用的高吸水性树脂主要包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇、聚氧化乙烯等。这些聚合物材料具有不同的化学结构和性质特点，因 此在制备高吸水性树脂时需根据实际需求进行选择。此外，为了改善高吸水性树 脂的性能，研究者们还尝试了多种改性方法，如添加交联剂、引发剂、功能性单 体等。
合成路线
合成路线
以聚丙烯酸高吸水性树脂为例，其合成路线可简述为：首先选择原材料聚丙 烯酸单体、交联剂、引发剂等，通过溶液聚合法将单体聚合成为预聚体，再加入 交联剂进行交联反应，形成三维网络结构的高分子聚合物，最后经过洗涤、干燥 等步骤得到高吸水性树脂。
性能评价
性能评价
高吸水性树脂的性能评价主要包括以下几个方面： 1、吸水速度：指单位时间内树脂吸收的水分量。一般而言，吸水速度与树脂 的交联度、分子量等因素有关。
结论
结论
高吸水性树脂作为一种具有优异吸水性能的材料，在多个领域具有广泛的应 用前景。本次演示详细探讨了高吸水性树脂的合成方法及特点，包括原材料选择、 制备工艺、成型工艺以及性能评价等方面，为相关领域的研究和应用提供了有益 的参考。随着科技的不断进步和创新，相信高吸水性树脂的研究和应用将取得更 加瞩目的成果。
高吸水树脂的制备——高化实验报告
高分子化学实验报告
水。当渗透压差消失时，树脂便达到了吸水平衡。 3.影响高吸水性树脂吸水倍率的因素有哪些？ 答：影响因素很多。从原料上考虑，有单体的类别、中和度，还有交联剂、引发剂的 类型和用量；从聚合过程上考虑，有聚合温度、聚合时间、加料方式等；从成品的角度考 虑，有结构助剂、防老化剂的用量等等。 九、 实验心得
COOH COOH
NaOH Na2S2O8
COOH O NH NH OCHN OCHN O CONH CONH
COOH
CO因为制备高吸水树脂需要以丙烯酸钠作为一部分单体， 因此 选用水溶液聚合更加方便。 三、 实验背景
高吸水性树脂 （Superabsorbent polymers， 简称 SAP） ， 是一种新型功能性高分子材料， 它能吸收相当于自身质量数百倍甚至上千倍的液体， 同时具有较高的保液能力， 不能用简单 的物理方法将内部水分挤出，还可以反复吸水释水，因此其用途极为广泛。 高吸水性树脂按原料来源主要分为三大系列： 即淀粉系列、 纤维素系列和合成树脂系列。 淀粉系包括淀粉接枝、 羧甲基化淀粉、 磷酸酯化淀粉和淀粉黄原酸盐等； 纤维素系包括纤维 素接枝、 羧甲基化纤维素、 羟丙基化纤维素和黄原酸化纤维素等； 合成树脂系包括聚丙烯酸 盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类和无机聚合物类等。 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，
3
高分子化学实验报告
下图分别为聚合得到的凝胶（左）和切割得到的胶块（右） ：
下图分别为烘干后的吸水树脂（左,薄膜态）和吸水饱和后的树脂（右，胶冻态） ：
六、
注意事项 1. 本实验为研究型实验， 中和度、 交联度和引发剂用量都为可选条件， 在实验前应明
确分工，并进行详细记录，我们将中和度和交联剂用量作为了变量。 2. 在中和过程中， 氢氧化钠水溶液应滴加到丙烯酸中， 使其缓慢放热。 中和度用摩尔 比计算。 3. 在聚合过程中不可搅动溶液，聚合之后应用去离子水洗涤，而不是自来水。
高吸水性树脂聚丙烯酸钠的制备1
高吸水性树脂聚丙烯酸钠的制备1高吸水性树脂聚丙烯酸钠的制备一、实验目的1、了解高吸水性树脂的基本功能及其用途。
2、了解合成聚合物类高吸水性树脂制备的基本方法。
3、探讨反应时间对吸水倍数的影响。
二、实验原理高吸水性树脂的吸水原理：高吸水性树脂通常是一种含有亲水基团和交联结构的聚合物电解质。
吸水前，聚合物链彼此靠近并包裹在一起，相互交联形成网络结构，从而实现整体紧固。
当与水接触时，由于吸水树脂含有多个亲水基团，因此首先用水润湿，然后水分子通过毛细和扩散渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。
由于链上相同离子之间的静电斥力，聚合物链膨胀。
由于电中性的要求，反离子不能迁移到树脂外，树脂内外溶液的离子浓度差形成反渗透压力。
水在反渗透作用下进一步进入树脂，形成水凝胶。
同时，树脂的交联网络结构和氢键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更多水分以达到高吸水率。
因此，将树脂制成多孔或鳞片可以确保其吸水性。
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。
高吸水性树脂的制备
高吸水性树脂的制备本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。
1 高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。
1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。
2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。
3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。
1.2 按亲水基团的种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。
1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。
2 高吸水性树脂的发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。
50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。
高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。
高吸水树脂的制备及其性质研究
高吸水树脂的制备及其性质研究高吸水树脂，也叫超级吸水树脂，是一种高分子材料，能够吸收数倍于自身重量的水或其他液体。
它具有良好的吸水性、保水性、离子交换性和吸附性等特点，因而被广泛应用于卫生、农业、环保、化工等领域。
本文将介绍高吸水树脂的制备、特性及其在实际应用中的优缺点。
一、高吸水树脂的制备高吸水树脂的制备方法较多，主要包括自由基聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法等。
以下将分别介绍这三种方法的原理及特点。
1、自由基聚合法自由基聚合法是目前应用最广泛的高吸水树脂制备方法之一。
该方法是利用双烯丙基醚、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺等单体和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）等交联剂在反应器中，在引发剂的作用下发生自由基聚合反应，形成高分子网状结构。
自由基聚合法的优点是操作简单、工艺成熟、产量高，且制备出的高吸水树脂具有较为均匀和稳定的孔隙结构、较高的吸水性能和化学稳定性。
但缺点也明显，由于聚合反应过程中存在多种副反应，如交联度不均、水解、分解等，导致产品品质不稳定，耐久性差，且合成出的高吸水树脂多为非无毒或半无毒的产物。
2、原位聚合法原位聚合法是在水溶液中通过加入不同的单体，即可得到高吸水树脂的制备方法。
该方法的关键在于加入丙烯酸及其衍生物、丙烯酰胺及其衍生物等水溶性单体，并反应后形成高分子材料的过程。
与自由基聚合法不同，原位聚合法需要在低温下进行反应，以控制高分子的交联度，并加入交联剂促进交联反应的进行。
原位聚合法的优点在于制备出的高吸水树脂结构较为优化，分子间的相互作用增强，吸水性能更好，且水分子运动更加自由，有利于离子交换反应的进行。
缺点是需要对反应温度、反应物和交联剂等进行较为严格的控制，否则会产生聚合不完全、交联不均和晶体生成等副作用。
3、悬浮聚合法悬浮聚合法是一种新型的高吸水树脂制备方法，主要通过将单体和交联剂等散布在水中，形成悬浮液，并在引发剂的作用下进行自由基聚合反应。
与自由基聚合法相比，悬浮聚合法的优点在于制备工艺简单、成本低、产能高，且吸水性能和耐久性都得到了很大的改进。
高吸水性树脂的合成
成都理工大学毕业设计（论文）
1.5.5.作工业油水分离荆...................................... 12 1.5.6.用作制造缓释药物或缓释化肥的载体...................... 12 1.5.7.制作留香材料.......................................... 13 1.5.8.医疗卫生和生理卫生方面................................ 13 1.5.9.环保.................................................. 13 1.6.高吸水树脂未来展望 ......................................... 14 1.7 本实验研究背景..............................................14 第二章实验部分..................................................... 16 2.1 仪器与试剂..................................................16 2.2.1 仪器 ..................................................16 2.1.2 试剂..................................................16 2.2．聚合机理 .................................................. 17 2.2.1.聚合反应机理.......................................... 17 2.2.2.反应机理.............................................. 18 2.3.吸水树脂的合成 ............................................. 19 2.3.1.丙烯酰胺、丙烯酸聚合反应.............................. 19 2.3.2.氨基葡萄糖盐酸接枝原料合成............................ 19 2.4.吸水树脂合成条件选择 ....................................... 19
高吸水树脂的制备——高化实验报告
本实验是用部分中和的丙烯酸合成高吸水树脂，以前曾查阅过高吸油树脂的相关文 献，感觉二者的吸水（油）机理相似，然而水性基团由于其特有的电离特性，使得吸水树 脂的机理多了一个新的角度，也比吸油树脂增加了很多可以调控的实验因子。 本实验的操作比较简单，然而我们在实验中也犯了一些小错误，如本组的某位同学， 在投料完成、准备加热聚合前，没有将料搅匀，因而2h后聚合体系分相——只有下部的进 行了聚合，而上部的反应物未能充分接触，没有进行聚合。我在试验中也有一个小错误， 即在洗涤盛装吸水树脂的大烧杯时，用手洗的，虽然最后我用去离子水冲了三次，但肯定 不如用刷子洗更好，最后可能对实验结果造成了一定影响，因为同是交联剂0.05g，其他三 个同学的吸水倍率都在300左右，而我还不到200，这究竟是中和度不同带来的必然差异， 还是由于烧杯壁上的离子未洗干净所致，单凭这一组实验是无法得知的。这使我明白了一 个道理，实验者，尤其是实验初学者，一定不能求快，而且大脑一定要保持清醒，否则在 实验中出了小差错，就可能导致整个实验的失败，或者实验现象的无法解释。
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高分子化学实验报告
4. 吸水平衡后，树脂不透过纱布滴水即可称重。 5. 盛吸水树脂的烧杯，不能用手洗，否则会沾上电解质和有机杂质，影响吸水效果。 七、 小组数据分析
下表是我们小组的实验数据： 交联剂用量 0.01g 交联剂用量 0.05g 中和度 吸水倍率 中和度 吸水倍率 25% 187 25% 370 50% 512 50% 359 75% 31.7 75% 182 90% 29 90% 313
分别固定交联剂用量为 0.01g 和 0.05g，作出吸水倍率随中和度的变化曲线：
交联剂用量为0.01g
600 500
吸水倍率
400 300 200
高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析
n H 2C
CH COOH
引 发 剂
CH
2
CH COOH
n
1
实训器材 250mL 三颈瓶、油浴装置、回流冷凝管、烧杯、滴液漏斗、分水器。 丙烯酸、NaOH、N，N—亚甲基双丙烯酰胺、K2S2O8、司班—60、环己烷。 仪器： （使用条件）
实训过程： （包括主要步骤、实验分析等，可用流程、框图表示） 在装有分水器、回流冷凝管、搅拌浆和通气管的 250mL 三颈瓶中加入 10mL 丙烯酸和 20mL 质量浓度为 18％的 NaOH 溶液， 然后在冰水浴中混合均匀， 再加入 0.0060g N，N—亚甲基双丙烯酰胺和 0.0470g K2S2O8，搅拌均匀。将 0.6g 司班－60 溶于 44mL 环 己烷中，再加入三颈瓶。在 50～65℃搅拌 3h，然后升温至 100℃回流 0.5h，即可得到聚丙 烯酸钠水凝胶。
专业技能综合实训报告
学院：化学与材料工程学院 学 号 地点
啊啊啊
班级：材料高分子 091 班 姓名 中国盼盼
2011—2012 学年第二学期
朱亚辉
指导教师 时间
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 敬行楼高分子化学实验室
实训目的与要求： 1.合成一种具有高吸水性能的聚丙烯酸钠； 2.了解各种聚合方法的原理和方法 实训方案设计及原理： 未经交联的聚丙烯酸钠是一种水溶性的聚电解质类聚合物,通过交联可赋予聚丙烯酸 钠高吸水性。聚丙烯酸钠的羧酸钠侧基遇水后,电离成羧酸根与Na+ ,Na+ 在水中可移动离 子,主链网络骨架则均为带负电的阴离子,不能移动,其间的排斥作用产生网络扩张的动 力。Na+具有一定的活动性,但由于受网络骨架相反电荷的吸引、束缚,使得Na+存在于网络 中,这样网络内部Na+浓度大于外部水中Na+浓度,离子网络内外产生渗透压力,加上聚电解 质本身的-COONa 基团亲水能力很强,水能在很短时间内大量进入网络。 由于水的进一步渗 透,部分Na+ 脱离高分子链向溶剂区扩散,导致渗透压下降,又导致高分子上带净电荷,由于 静电排斥,引起高分子链扩展,高分子链扩展又导致高分子网络的弹性收缩,这几种作用达 到平衡时,就决定了其吸水性能。高吸水性树脂三维空间网络孔径愈大,网络结构愈大,吸 水倍率就愈高。反之,孔径愈小,吸水倍率愈低。 聚丙烯酸钠高吸水性树脂能吸收大量水,并且保水性能优秀。如果环境干燥,会放水, 环境潮湿会吸水。添加少量的高吸水性聚丙烯酸钠的土壤,能提高某些豆类的发芽率和豆 苗的抗旱能力,并且使土壤的透气性增加。 高吸水性聚丙烯酸钠可作增稠剂用,少量的加入 使粘度增加很大,用于化妆品乳液等的增稠剂。