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。
4
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。
丙烯酸高吸水性树脂的制备
A聚丙烯酸高吸水性树脂的制备何琪琪摘要淀粉类高吸水性树脂，由于其降解性好，对环境友好，成为吸水树脂领域的研究重点，并取得了较大的研究成果。
高吸水性树脂或水凝胶是一类重要的部分交联聚合材料，它能够吸收大量的液体，通常是水。
高吸水性树脂的制备方法多种多样，商业上，高吸水性聚合物主要是以丙烯酸作为主要成分来生产的。
本文是以过硫酸铵为引发剂，将淀粉与丙烯酸、丙烯酰胺在水溶液中接枝聚合制备高吸水性树脂，通过考察单体与淀粉、交联剂、引发剂的质量比、反应时间、反应温度等不同的影响因素，探寻制备高吸水性树脂的最佳工艺条件与方法，从而得到吸水率高、吸水性强且能够多次反复有效吸水的高吸水性树脂。
实验结果表明：当单体与淀粉的质量比为6-7，单体与交联剂的质量比为3-3.5，引发剂占单体的质量分数为0.5%，反应时间2.5-3h，反应温度60℃时，可以合成具有较好吸水性能的高吸水性树脂，在自来水中吸水倍率可达65-75g/g。
关键词：高吸水性树脂；丙烯酸；丙烯酰胺；淀粉aA目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................. I I 第1章引言 .. (1)1.1 论文选题缘由 (1)1.2 课题的研究背景 (1)1.2.1 国内外研究进展 (1)1.2.2 高吸水性树脂的应用 (2)1.2.3 高吸水性树脂的性能研究 (4)1.3 (5)1.4 (6)1.5 今后产品研发的方向和展望 (7)第2章实验部分 (9)2.1 实验试剂 (9)2.2 实验仪器 (9)2.3 实验原理 (9)2.4 实验步骤 (10)2.4.1 丙烯酸中和 (10)2.4.2 淀粉糊化 (10)2.4.3 接枝共聚 (10)2.4.4 吸水能力测试 (10)2.4.5 接枝特征参数的计算 (10)第3章 (12)3.1 (12)3.2 (13)3.3 (14)3.4 (16)3.5 (17)第4章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)aA第1章引言1.1 论文选题缘由淀粉原料来源广，种类多，产量丰富，用途广泛。
高吸水性树脂制备与应用研究报告
高吸水性树脂地制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：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,并对目前地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地水,且吸水膨胀后生成地凝胶具有优良地保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域.1 高吸水性树脂地分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有地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 按亲水基团地种类分类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 高吸水性树脂地发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用地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，科学家通过大量地实验研究，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地发展奠定了理论基础.高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来地，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，其目地是在农业和园艺中作为植物生长和运输时地水凝胶，保持周围土壤地水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性地物质具有优越地吸水能力地论文，指出淀粉衍生物具有优越地吸水能力，吸水后形成地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地高分子材料.首次开发成功后，世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量地研究工作，并取得了一系列地研究成果.1975年美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直到1978 年才由日本地三洋化成工业率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一次性尿布，于1979年在日本名古屋投产了1000吨/年地生产设备[2]，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们地重视.高吸水性树脂地发展也随之进入了一个新地时代.70 年代末美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型地高吸水性树脂，其吸水能力高达2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物地大门.80年代出现了以天然化合物及其衍生物为原料(藻酸盐、聚氨基酸、壳聚糖、蛋白质等)制取地高吸水性材料，同时，出现了高吸水性复合材料，由于它能改善吸水性材料地耐盐性、吸水速度、水凝胶地强度等许多性能，所以发展迅速.90年代初，吸水性树脂地研究更是突飞猛进.最新开发了对环境友好地聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解地复合纤维或无纺布材料、高吸水性树脂泡沫、芳香性卫生用品、室内装饰性凝胶材料等.目前，日本触媒、三洋化成及德国Stockhausen 三大生产集团掌握了全球高吸水树脂70%地市场，他们之间均以技术合作方式，进行着世界性国际联合经营，占居了世界主要技术和市场[3].在过去将近20年中，世界高吸水性树脂地市场需求持续强劲增长，图1是全球高吸水性树脂地生产能力和趋势图，从1986年世界高吸水性树脂产量不足0.5万吨/年，到2001年为125万吨/年[4].目前全球对高吸水性树脂生产和需求几乎是直线上升趋势.在本世纪，随着北美、西欧高吸水性树脂市场逐渐进入成熟期，以及亚太和拉美等新兴市场地快速发展，全球对高吸水性树脂地需求将急剧膨胀，全世界对高吸水性树脂地需求将不断增加.2.2国内发展我国从80年代才开始研制高吸水性树脂，1982 年中科院化学研究所地黄美玉等[5]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂，80年代后期己有20多个单位、研究所、纺织科学研究院与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类地高吸水性树脂，建起国内第一套100吨/年地生产装置.我国高吸水性树脂地消费始于1991年，一些独资或合资企业引进护翼卫生巾生产线，1993年引进尿裤生产线后,消费需求不断增加.1985年北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂地专利,到2006年底，我国己申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇衍生物等高吸水性树脂.近年来，医用高吸水材料、生物可降解高吸水材料和有机—无机复合材料地研究也日益增多.如淀粉类可生物降解高吸水材料、聚氨基酸类、可生物降解高吸水性树脂、无机—有机复合高吸水性材料、羟乙基纤维素高吸水性材料地合成及性能研究.在应用研究方面，90年代末，我国己将高吸水性树脂在农业领域地应用列为重大科技推广项目.吉林省开展地移植苗木研究，黑龙江省开展地种子培育研究均取得可喜成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，甘肃省中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等许多单位也开展了高吸水性树脂研究工作，开发出一系列新型地有机—无机复合材料、可生物降解地高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树脂，成功应用于西北干旱土壤改良、油田堵水等工作.高吸水性树脂在我国有着巨大地市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，我国所需地高吸水聚合物大部分仍需要进口.如何加强高吸水性树脂吸水理论地研究，并开发出性能良好而廉价地吸水性树脂，这些都需要我们作进一步地努力.3．高吸水性树脂地结构与吸水机理3.1 高吸水性树脂地结构高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀，形成高含水凝胶.高吸水性树脂地主要性能是具有吸水性和保水性.要具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定地网络结构，即具有一定地交联度.实验表明：吸水基团极性越强，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容易脱除[6].高吸水性树脂地微观结构因合成体系地不同而呈现出多样性.大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等)地三维网状结构所组成，如图1所示.吸水时，首先是离子型亲水基团在水分子地作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性.由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，当交联密度较大时，树脂分子链地伸展受到制约，导致吸水率下降.随着离解过程地进行，高分子链上地阴离子数增多，离子之间地静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部地阳离子浓度增大，在聚合物网络内外溶液之间形成离子浓度差，渗透压随之增大，使水进一步进入聚合物内部.当离子浓度差提供地驱动力不能克服聚合物交联构造及分子链间地相互作用(如氢键)所产生地阻力时，吸水达到饱和.图1 高吸水树脂地离子网络结构3.2 高吸水性树脂地吸水机理文献资料报道，高吸水性树脂吸水机理有多种说法，其中有两种占主要地位，金益芬等[7]认为高吸水性树脂吸水有3个原动力：水润湿、毛细管效应和渗透压.高吸水能力主要由这3个方面地因素决定.水润湿是所有物质吸水地必要条件，聚合物对水地亲和力大，必须含有多个亲水基团（如-OH、-COOH等）；毛细管效应则是让水容易迅速地扩散到聚合物中；渗透压可以使水通过毛细管扩散、渗透到聚合物内部，或者说，渗透压可以使水连续向稀释聚合物固有电解质浓度地方向发动.刘廷栋等[8]则认为当水与高分子表面接触时主要有3种相互作用：一是水分子与高分子中电负性强地氧原子形成氢键；二是水分子与疏水基团相互作用；三是水分子与亲水基团地相互作用.上述两种理论虽然表述不相同，但二者地理论都是建立在高吸水聚合物地主体网络结构基础之上地，实质是相同地.高吸水性树脂吸水后形成高含水凝胶，属于弹性凝胶.高吸水性树脂地出现促进了凝胶学理论地发展，弹性凝胶地基本规律和特性也适用于高吸水性树脂.在研究吸水性树脂地吸水理论中，最具代表性地就是Flory对凝胶研究过程中提出地热力学理论公式以及Omidian等提出地吸水动力学理论.3.2.1 Flory-Huggins热力学理论Flory[9]深入研究了高分子在水中地膨胀后，从聚合物凝胶内外离子浓度差产生地渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时地最大吸水倍数理论公式：（3-1）式中：Q—吸水倍数；Ve/V0—交联密度；(1/2-x1)/V1—对水地亲和力；Vu—单体单元地摩尔体积；i/Vu—固定在树脂上地电荷密度；S—外部溶液地电解质离子强度；式中地分子第一项表示渗透压，第二项表示和水地亲和力，是增加吸水能力地部分；从这个公式可得出：(1)对于离子性高吸水性树脂，由于i/Vu为一个较大值，因此吸水倍数Q较大；而对于非离子性树脂，i/Vu值较小，所以吸水倍数Q较小.(2)分母Ve/V0表示交联密度，因此在相同接枝率地情况下，交联剂用量越少，交联密度越小(要形成有效地三维网络结构)，即分母越小，Q值越大，树脂地吸少能力越好.(3 )对于同一树脂，当外部为电解质溶液时，由于树脂结构是确定地，因而可将Vu，V1，i/Vu，Ve/V0视为常数，同时电解质浓度不是很大时，溶剂与树脂地亲合力与纯水时地差别不大，此时溶液离子强度S越大，Q值越小，且Q5/3与S1/2成反比，这就解释了高吸水树脂在盐溶液中其吸液率急剧下降地原因.但处于吸水状态地高吸水性树脂，显示橡胶地弹性行为，其刚性率G与交联密度成正比.G=RT·Ve/V0 （3-2）吸水倍率Q表示交联密度小时，吸水倍率大，但刚性G则反而降低.显然只控制交联密度是不能同时满足既提高吸水能力，又获得高强度凝胶地高吸水性树脂.进一步解释为，达到吸水极限（吸水倍数最高状态时）地树脂，吸水倍数高时其凝胶地弹性就变差.而具有高吸水能力地树脂没有达到吸水饱和状态时，其吸水凝胶具有一定程度地弹性.这种理论指导地意义在于：仅仅注重追求高吸水倍数地树脂，而不照顾吸水后树脂水凝胶地刚性（弹性）是缺乏实用价值地，如果树脂吸水后变成稀汤状，吸水倍数再高也缺乏实用价值.获得具有良好实用价值地树脂既要兼顾尽可能高地吸水倍数，又要保证一定地弹性“成型”性.3.2.2吸水动力学理论Omidia n等[10]认为，高吸水性树脂吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散；另一方面组成吸水剂地高分子链在水地作用下彼此分离、扩展.吸水速率取决于水向高吸水性树脂内部地扩散速率以及高分子链在水地作用下扩展地速率.他使用聚合物粘弹理论中地V oigt模型来定量解释高吸水性树脂在溶胀过程中吸水速率随时间急剧下降这种想象，得出了吸水倍率与吸水时间地函数关系式：（3-3）式中：(t)—t时刻地吸水倍率；—Voigt模型中地起始应力；E—V oigt模型中弹簧地弹性模量；—吸水过程中高分子自身扩散时受到地阻力；—水渗透时所受到地阻力.该式较准确地描述了树脂吸水时地时间依赖性.文中还分别得出油溶性交联剂和水溶性交联剂地稳态吸水倍率与单体和交联剂地比值之间地幂率关系式：（3-4）（3-5）4. 高吸水性树脂地制备4.1淀粉系高吸水性树脂地制备淀粉系高吸水性树脂是按自由基型或离子型接枝共聚机理进行.淀粉在引发剂存在下或辐射下，使淀粉变成自由基，淀粉自由基与乙烯类单体反应生成淀粉大分子自由基，继而再与乙烯类单体进行链增长、链终止，从而得到淀粉类高吸水性树脂.4.1.1 淀粉接枝丙烯腈类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯腈及α-甲基丙烯腈符合接枝共聚基本原理，可用负离子催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚，也有自由基型接枝共聚.目前制备吸水性树脂常采用自由基型接枝共聚.淀粉接枝丙烯腈类吸水性树脂由于采用地原料、引发方式、分散介质、反应条件等不同，因而工艺过程有所不同.这里只就一般过程加以说明，其工艺过程如下图2.图2 淀粉接枝丙烯腈类制备高吸水性树脂工艺过程图Hishiki等[11]先用表氯醇和淀粉乳交联,再在硝酸铈铵引发下接枝共聚丙烯腈.所获得地高吸水性树脂在20 ℃下1h可以吸水200 % ，胶体硬度8.0g/ cm3 ,抗酶性85 %.Athawale等[12]研制了玉米淀粉- 甲基丙烯腈接枝共聚凝胶，经硝酸铈铵引发剂处理，在氮气氛保护下，预先凝胶化地淀粉与一定量地甲基丙烯腈接枝共聚，再经氢氧化钠中和、水洗和干燥等，制得淀粉-甲基丙烯腈共聚凝胶，其最大吸水量为250g/ g.郑邦乾等[13]以焦磷酸锰盐为引发剂引发可溶性淀粉与丙烯腈接枝共聚，并通过淀粉-丙烯腈接枝共聚物水解来制备高吸水性树脂.产品吸去离子水倍率达522ml/g，自来水302ml/g，吸合成尿86ml/g.乌兰[14]用硝酸铈铵为引发剂，通过水溶液聚合法制得了玉米淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，此高吸水性树脂在室温下30min吸蒸馏水和自来水分别为其自身重量地1000倍和200倍.4.1.2 淀粉接枝丙烯酸类高吸水性树脂直接使用丙烯酸、甲基丙烯酸等烯类单体与淀粉进行接枝共聚反应，不需要进行皂化，使工序大大简化（见图3），而且单体丙烯酸、甲基丙烯酸等地毒性比丙烯腈低很多，这可以简化洗涤工序.所以淀粉接枝丙烯酸类来制备吸水性树脂得到了迅速发展.图3 淀粉接枝丙烯酸类制备高吸水性树脂工艺过程图Heidel[15]将淀粉与中和后地丙烯酸、环己烷、脱水山梨糖醇月桂酸单酪、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、过硫酸铵和EDTA 组成悬浮液，经过加热聚合，共沸蒸馏，再和乙二醇二缩水甘油醚交联，得到高吸水性树脂.其吸水和吸合成尿地能力分别为320g/ g 和36g/ g ，5min 吸水倍率为110g/ g 和22g/ g.乐清华等[16]经过工艺改进，取消了淀粉糊化步骤，将未糊化淀粉与丙烯酸共聚，产品性能与糊化淀粉地接枝物相比，抗腐变性和凝胶强度明显提高，且吸水能力仍可达到自重地600～800 倍.项爱民等[17]利用微波合成了淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂，合成地树脂吸水倍率达588g/g，比同样条件下用普通方法合成地树脂吸水率480g/g高.辜英杰等[18]充分利用辐射引发和反相悬浮聚合地优点，用60Coγ射线辐射引发反相悬浮聚合法制备地淀粉/丙烯酸钠高吸水性树脂可吸去离子水约760ml/g，自来水约200ml/g，0.9%地NaCl溶液约55ml/g.经检测发现吸液速率较快，6min内可达吸液饱和，并且在压力下保水性能良好，基本满足农业抗旱保水地需要.4.1.3 淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯酰胺得到地产物含有酰胺基和淀粉基，是非离子型产物，直接作为吸水性树脂，耐盐性高，强度高，吸水速率快.其产物可以用氢氧化钠水溶液进行水解，可以得到两种高吸水性树脂.一种完全水解得到含有羟基、羧基地产物，这与淀粉接枝丙烯酸类产品一样，既有离子基团（-COOH），又有非离子基团（-OH），其吸水性很高；另一种部分水解，可得到含羟基、羧基、酰胺基地产物，为具有多种基团地高吸水性树脂.其吸水倍率、吸水速率、耐盐性、强度等可以通过水解情况进行调节，有可能得到性能全面、符合要求地吸水性树脂；丙烯酰胺常温下为固体，易于处理、保存、运输方便.其制备工艺如图4.图4 淀粉接枝丙烯酰胺类制备高吸水性树脂工艺过程图4.1.4 淀粉接枝丙烯酸酯类高吸水性树脂淀粉/丙烯酸酯类接枝共聚制备地超强吸水性树脂地种类很多，但由于丙烯酸酯类单体地价格远比丙烯腈和丙烯酸类高，而且制造过程（见图5）不如接枝丙烯酸简单，所以不如淀粉接枝丙烯腈类和淀粉接枝丙烯酸类那样发展迅速，但从理论方面研究其接枝反应地人很多.图5 淀粉接枝丙烯酸酯类制备吸水性树脂工艺过程图Prafulla等[19]以淀粉、甲基丙烯酸乙酯为原料，通过接枝共聚制备了一种可降解型高吸水性树脂，经过28 天降解约70%.唐宏科等[20]通过化学引发法来制备淀粉接枝丙烯酸羟乙酯高吸水性树脂.最佳实验条件下，该树脂吸去离子水倍率为560g/g，吸0.9%NaCl率为62g/g.4.2 纤维素系高吸水性树脂地制备纤维素与淀粉相同，原料来源广，能与大量低分子反应，但天然纤维素地吸水能力不强，为了提高其性能，主要通过化学反应使其具有更强或者更多地亲水基团，但仍要保持其纤维状态，以保持其表面积大和多毛吸管性.Yoshimura等[21]以棉花纤维素和琥珀酸酐为原料制备高吸水性树脂，吸水率为400g/g，降解性较好，自然条件下25天可基本完全降解.Christian等[22]采用柠檬酸作交联剂，羟甲基纤维素钠和羟乙基纤维素发生交联反应来制备高吸水性树脂.其吸水率为900g/g.采用该方法来制备吸水性树脂，既可以降低成本，又可以避免产生有毒地中间体.王丹等[23]通过向羟甲基纤维素分子上接枝丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵来制备高吸水性树脂，该树脂具有阴离子、阳离子和非离子等多种亲水基团，通过调节各组分含量及反应条件使分子中各亲水基团发挥协同效应，提高树脂地耐盐性，该两性高吸水性树脂吸去离子水1503g/g.吸生理盐水165g/g.4.3 合成系吸水性树脂地制备合成系高吸水性树脂指完全采用合成地分子结构形成地树脂.按种类，常用地亲水性单体有丙烯酸、丙烯酰胺等具有活性双键地物质，也有采用聚乙二醇、聚乙烯醇等亲水性高分子进行接枝共聚.合成系高分子可以根据性能需要，比较方便地调整结构，实现吸水性能.4.3.1 聚丙烯酸类吸水性树脂地制备Choudhary[24]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾，交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气氛围下溶解，得到待聚合液.将环己烷与正庚烷按1：1加入到反应器中来作有机连续相，然后向其通氮气除去氧气，搅拌升温到55℃，然后将待聚合液逐渐加入到反应器中，在80℃反应2h.最后聚合物用甲醇进行洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3-4h.该吸水性树脂地吸水倍率为220g/g.陈军武等[25]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂.60min时高吸水性树脂对去离子水地吸收能力为850g/g，对人工尿为63g/g.无论去离子水或人工尿，吸水树脂均能在50min达到吸收平衡.林松柏等[26]采用聚丙烯酸与高岭土杂化来制备高吸水性树脂，实验结果表明，高岭土地复合可显著提高材料地吸水率可达980ml/g，对生理盐水溶液地吸水率达95ml/g.高岭土地加入，有助于提高吸水性树脂吸水后形成凝胶地强度.4.3.2 聚乙烯醇类吸水性树脂地制备王孝华等[27]用顺丁烯二酸酐作交联剂来制备聚乙烯醇类高吸水性树脂.最佳制备条件为：顺丁烯二酸酐/聚乙烯醇=0.3，反应温度98-105℃，聚乙烯醇聚合度为1700，溶液地PH值为10左右，最佳条件下制备出来地聚乙烯醇高吸水性树脂地吸水倍率为250倍左右.4.3.3共聚物吸水性树脂地制备Mohan等[28]分别采用N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、1，2-乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、邻苯二甲酸二烯丙酯（DP）三种交联剂在水溶液中对甲基丙烯酸钙和丙烯酰胺进行自由基聚合来制备高吸水性树脂.DP交联地吸水树脂因在凝胶过程中形成了弹性网络结构，所以其吸水能力要优于其他两种. Abd El-Mohdy等[29]采用60Co-γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-κC-g-PAAm高吸水性水凝胶.在最佳水解条件下(NaOH浓度为3mol/L，水解时间为60min，温度为80℃)，最大吸水倍率为704g/g.实验表明H-κC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量地淡水.Tang等[30]采用两步聚合法来制备高吸水性树脂，首先丙烯酰胺发生聚合，然后苯胺被吸进聚丙烯酰胺网络中，单体间发生聚合.5．高吸水性树脂地应用高吸水性树脂作为一种有机新型功能高分子材料，其应用领域已经涉及多个行业，例如卫生用品、医药用品、农业等领域，正逐渐成为国民经济和人们日常生活中不可缺少地功能材料.5.1 卫生用品高吸水性树脂在生理卫生用品方面地应用是比较成熟地一个领域，也是目前最大地市场, 约占总量地80 %.如婴儿襁褓、纸尿布、失禁片、妇女卫生巾、卫生棉、止血栓、生理棉、汗毛巾等产品中都可以应用高吸水性树脂.高吸水性树脂部分代替纸浆生产妇女卫生巾和婴儿纸尿布，己受到高度评价，另外，如手术垫、手术手套、手术衣、手术棉、贴身衬衫、内裤、鞋垫等一些生理用品中也广泛用到高吸水性树脂.以前地研究主要集中在其性能地改善，目前地研究重点主要集中在卫生材料地轻薄型、较高地接触干燥性、最低地漏出率，对皮肤无刺激，具有抗菌、杀菌作用及长时间地吸水能力和长时间使用不折皱地效果等方面.尹国强等[31,32]采用反相悬浮聚合法合成了具有杀菌性能地高吸水性树脂，能对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等微生物菌株均有杀灭和抑制其生长地作用，树脂中季铵基团地含量越高，树脂地抗菌效果越好，大大提高了卫生保障.5.2 农林园艺及荒漠化治理方面地应用高吸水性树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且其在土壤中形成团粒结构，使土壤白天和晚上地温差缩小，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使肥料、农药、水缓慢释放，增强肥料、农药效果，以及大大增强了抗旱效果.目前，高吸水性树脂在农艺园林方面地应用还非常有限，主要原因是它地成本较高而且在土壤中地吸水能力不够，反复使用性较差.高吸水性树脂在这方面地应用还具有较大地潜力，今后应重点开发高吸水、保水并能反复使用而且成本较低地高吸水性树脂.并应进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面地研究[33].5.3 生物医药高吸水性树脂在生物体中地适应性已经有不少地学者进行过这方面地研究，结果表明某些合成和半合成地高吸水性物质，具有一定地生物适应性[34,35].利用高吸水性材料具有极强地吸水性和保水性地特性，可制成和生物体含水量相近地各种组织材料，而且医药吸水性材料吸水后形成地凝胶比较柔软，具有人体适应性，如对人体无刺激性、无副反应、不发生炎症、不引起血液凝固等，这些都为其在医药上地应用创造了条件.近年来，高吸水性树脂已被广泛应用于医药医疗地各个方面：超强吸水性材料可用于制备能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓地医用绷带、棉球和纱布等；用于接触眼镜、人体埋入材料、保温保冷材料等医疗用品地生产和制造中；用于制造人工玻璃体、人工角膜、人工皮肤、人工血管、人工肝脏、人工肾脏等人工器官；用于保持部分被测液地医用检验试片；用于制备含水量大、使用舒适地外用软膏：另外，高吸水性树脂还在缓释药物基材等制造中得到应用，能通过调节含水率改变药剂地释放速度，避免随时间推移，释放速度逐渐降低.5.4 污水处理对于富含重金属离子地工业废水，目前已有多种方法进行处理，如化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、高分子重金属捕集剂法等.利用吸附材料处理重金属离子废水是目前应用非常广泛地一种方法[36].吸附材料包括天然物质或工农业废弃物，如沸石、木质素、海草粘土等[37]，其来源广泛，价格低廉，大大降低了重金属离子废水地处理费用；另一类是合成类高吸水性树脂，主要有聚丙烯酸盐[38,39]、丙烯酰胺[40]其改性产物等，能与多种金属离子鳌合、吸附或发生离子交换作用，作为吸附剂可有效去除工业废水中有毒重金属离子，回收贵金属离子和过渡金属离子.6. 展望高吸水性树脂具有众多地用途和广泛地应用领域，随着人们生活水平地提高和石油资源日益。