魔芋超强吸水剂(KSAP)的结构分析
第２５卷 第６期
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．６ 材料科学与 工程学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 总第１１０期
Ｄｅｃ．２００７
文章编号：１６７３．２８１２｛２００７）０６－０８２６．０４
魔芋超强吸水剂【ＫＳＡＰ｝的结构分析
刘爱红。。姜发堂
（１．湖北大学知行学院生物科学系，湖北武汉４３００１１；２．湖：ｌｌ；－ｒ￣Ｘ学生物工程学院。湖北武汉４３０Ｏ６８）
【摘要】利用红外光谱仪和扫描电镜对自制的魔芋超强吸水剂（Ｉ（ＳＡＰ）的结构进行了分析，并用萃取法对其
接枝效率进行了测定，结果表明ＫＳＡＰ系魔芋多糖与丙烯酸（钠）的接枝产物，为均一性的聚合物，其中含有大量的
羟基和羧基亲水基团，且是以魔芋多糖为主链，以接枝的聚丙烯酸（钠）为侧链的聚合物，其接枝效率为７５％。 【关键词】魔芋超强吸水剂ｉ结构分析；接枝效率
中图分类号：ＴＱ３４１．１ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｋｏｎｊａｃ Ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ（ＫＳＡＰ）
ＬＩＵ Ａｉ－ｈｏｎｇ ，ＪＩＡＮＧ Ｆａ－ｔａｎｇ２
（１．Ｚｈｉｘｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００１１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｈｕｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６８，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＫＳＡＰ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＦＴ－ＩＲ ａｎｄ ＳＥＭ．Ｔｈｅ ｇｒａｆｔ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ＫＳＡＰ ｗａｓ ｔｈｅ ｇｒａｆｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｇｒａｆｔｉｎｇ ｓｏｄｉｕｍ ａｃｒｙｌａｔｅ ｏｎｔｏ ｔｈｅ Ｓｌｕｃｏｍａｎｎａｎ ｏｆ ｋｏｎｊａｃ．
ＫＳＡＰ ｗａｓ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｌｕｓｔｅｒ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｇｒｅａｔ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｇｒｏｕｐｓ ｓｕｃｈ ａｓ—ＯＨ ａｎｄ—ＣＯＯＨ；ａｌｓｏ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｌｕｓｔｅｒ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ ｏｆ ｋｏｎｊａｃ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｆｔｅｄ ｐｏｌｙ ｓｏｄｉｕｍ ａｃｒｙｌａｔｅ ａ８ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｃｈａｉｎ．Ｔｈｅ ｇｒａｆｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＫＳＡＰ ｗａｓ
７５％． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｋｏｎｊａｃ ｓｕｐｅｒａｂｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｇｒｄｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
１ 引 言
超强吸水剂（ｓｕｐｅｒａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＳＡＰ）是一类带
有许多亲水基团并适度交联或部分结晶且具三维网状结构
的高分子聚合物…。由于其高吸水性和高保水性已被广泛
应用于卫生用品、医药、农业等领域。其制备的原理之一是
利用多糖与不饱单体进行接枝共聚反应，结构的研究主要
是利用红外光谱鉴定其化学结构 ，用电镜观察其微观结
构 。本文旨在先前研究的基础上利用富利叶红外光谱
仪（ ＩＲ）和扫描电镜（ｓＥＭ）对自制的ＫＳＡＰ进行结构分析，
证实其是否发生了接枝共聚反应，并对其接枝效率进行测
定．为进一步改进合成工艺作指导。
２ 实验部分
２．１材料
魔芋粉：湖北清诚咸丰绿色食品有限公司提供。 ＫＳＡＰ：将魔芋粉３．０００ｇ，丙烯酸３０．０００ｇ（用氢氧化钠进
行８０％的中和），置于５００ｍｌ三口瓶中，３５℃下电动搅拌通
氮，使魔芋粉溶胀，然后加入过硫酸钾０．１５０ｇ和Ｎ，Ｎ 一亚
甲基双丙烯酰胺０．０５０ｇ，搅拌均匀，再转入６０￣Ｃ水浴中反应
２ｈ，取出产物，烘于、粉碎得６０—１００目ＫＳＡＰｎ］。
纯化ＫＳＡＰ：将ＫＳＡＰ去除均聚物和残留单体后的样品。
聚丙烯酸钠吸水剂：不加魔芋粉，其它合成条件与ＫＳＡＰ
相同。 ‘
２．２仪器
红外光谱仪：智能型ＦＴ－ＩＲ ＮＥＸＵＳ，美国Ｎｉｃｏｌｅｔ公司；扫
描电镜：ＪＳＭ一５６１０ＬＶ，日本电子公司。
２．３方法
红外光谱分析：将样品同ＫＢｒ混匀研细进行压片，在
ＦＴ－ＩＲ ＮＥＸＵＳ红外光谱仪上测定，光谱测定范围４０００ｃｍ～～
５００ｃｍ～，扫描次数３２／３２。
扫描电镜分析：将魔芋粉和魔芋超强吸水剂粉末镀金 后直接观察其表面结构。
接枝效率测定：称取０．２００ｇ左右聚合物（ＫＳＡＰ），加入盛
收稿日期：２１Ｘ］６－１２－１８；修ｒｒ日期：２００７－０２．．０７ 基金项目：湖北省科技厅基金资助项目（２００１ＡＡ２０７Ｂ０２） 作者镛介：刘爱红（１９７０一）．女。湖北潜江人。磺士。讲师。从事食品化学研究。 通讯作者：姜发堂，教授，磺士生导师。Ｅ－ｍａｌｌ：ｊｉａｎｇｆａｔａｎ８＠１２６，ＣＯＩＩＩ
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有２０Ｏｒａｌ蒸馏水的烧杯中，静置萃取，每隔２ｈ滤去未被吸收
的水，再加人２０Ｏｒａｌ蒸馏水，反复数次后，用２００ｍｌ丙酮脱
水，转人称样瓶中于６０￣Ｃ烘干至恒重，按下式计算接枝效
率：
接枝效率＝—Ｗ ｌ－丁Ｗ２×１００％
式中，ｗ１一聚合物重（ｇ）；Ｗ２一萃聚掉的物重（ｇ）。
３ 结果与讨论
３．１ ＫＳＡＰ的红外光谱分析 魔芋粉中包括淀粉、纤维素和葡甘聚糖三种多糖，因此
以魔芋多糖与不饱和单体进行接枝共聚反应制备超强吸水
剂具备理论上的可行性。魔芋多糖、聚丙烯酸（钠）、ＫＳＡＰ的
结构式可分别表示为图１、图２和图３。
Ｏ Ｏ
图１魔芋粉中多糖结构式
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｋｏｎｊａｃｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｒ ４ＣＨ２——
【
图２聚丙烯酸（钠）结构式
Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ ｓｏｄｉｕｍ ＣＨ２Ｏ。Ｈ
士
ＣＯＯＨ（Ｎａ）ＣＯＯＨ（Ｎａ）
图３魔芋超强吸水剂的结构式 Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ＫＳＡＰ
图４、图５、图６分别是魔芋多糖、聚丙烯酸（钠）、ＫＳＡＰ
的红外光谱图。图４中，在３３９９ｃｍ 和１０２５ｃｍ 处分别出
现一ＯＨ和ｃ一０的伸缩振动峰，８７９ｃｍ 处出现吡喃型六元
糖环的特征峰；图５中，在１７９６ｃｍ 处出现Ｃ＝０的伸缩振 动峰，１６２１ｃｍ～、１４５７ｃｍ 和１４０５ｃｍ 处出现一ｃ００’伸缩振
动峰，这都是聚丙烯酸（钠）的特征吸收峰；图６中，３４２７ｃｍ
处出现一０Ｈ和１７９５ｃｍ 处出现ｃ＝０的伸缩振动峰，在
１５６２ｃｍ～、１４５８ｃｍ 和１４０６ｃｍ 处出现一Ｃ００一伸缩振动峰，
在１０５３ｃｍ 处出现ｃ一０的伸缩振动峰。三张图谱进行比
较（图７）分析表明，ＫＳＡＰ的红外图谱具有明显的聚丙烯酸
（钠）特征吸收峰，ｃ一０的伸缩振动峰较魔芋粉中ｃ一０的
伸缩振动峰弱，且在１５６２ｃｍ 出现的一ｃ００一伸缩振动峰较
聚丙烯酸（钠）在１６２１ ｃｍ 出现的一ｃｏ０一伸缩振动峰强，这 昱 宣 墨 ｗａｖｅＢｕｍｂｅｒｓ，ｃｍ—ｉ 图４魔芋粉的红外光谱 Ｆｉｇ．４ ＦＦ－ＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｋ０ｎｊａｃ ｆｌｏｕｒ
ｗａｖｃｌｌｕｌｎｂｅｒｓ，ｃｍ—ｌ
图５聚丙烯酸钠红外光谱 Ｆｉｇ．５ ＦＴ—ＩＲ ｏｆ ｐｏｌｙ（ｓｏｄｉｕｍ ａｃｒｙｌａｔｅ）
ｗａｖｅｎｕｍｂｃｒｓ／ｃｍ—ｉ 图６魔芋超强吸水剂的红外光谱
Ｆｉｇ．６ ＦＴ－ＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ＫＳＡＰ
３５００ ３０００ ２５００ ２０００ Ｉ５００ ｌ０００ Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ—Ｉ
图７魔芋粉、聚丙烯酸（钠）、魔芋超强吸水剂的红外光谱局部放 大图（ａ）魔芋粉；（ｂ）聚丙烯酸（钠）；（ｃ）魔芋超强吸水剂
Ｆｉｇ．７ ＦＴ－ＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｏｆ ｋｏｎｊａｃ ｆｌｏｕｒ，ｐｏｌｙ （ｓｏｄｉｕｍ ａｃｒｙｈｔｅ）ａｎｄ ＫＳＡＰ
说明ＫＳＡＰ是魔芋多糖与丙烯酸（钠）发生了接枝共聚反应
后的产物。图８是纯化后的ＫＳＡＰ红外光谱图，３４３０ｃｍ 处 ＼ ｕｃ基一昌砷ｃ芒 ｌ， ｕｃ蛊一昌砷ｃ
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出现一ＯＨ的伸缩振动峰，１７９５ｃｍ 处出现Ｃ＝Ｏ的伸缩振
动峰，１５６２ｃｍ～、１４５４ｃｍ 和１４０８ｃｍ 处出现一ｃＯＯ一伸缩振
动峰，１０５７ｃｍ 出现ｃ—Ｏ的伸缩振动峰，与未纯化的ＫＳＡＰ
特征峰基本一致，进一步证实魔芋多糖和丙烯酸（钠）发生
了接枝共聚反应，且产物中含有大量的羟基和羧基亲水基
团。
图８纯化后魔芋超强吸水剂红外光谱 Ｆｉｇ．８ ＦＴ—ＩＲ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｐｕｒｉｆｉｅｄ ＫＳＡＰ
３．２ ＫＳＡＰ的形貌观察 图９是魔芋粉放大５Ｏ倍扫描电镜图，由图可以看出魔
芋粉的颗粒大小不一，呈椭圆形或多角形，不透明，有孔，表
面粗糙，魔芋粉中包括淀粉、纤维素、葡甘聚糖等多种成分；
图ｌＯ是魔芋粉放大５０００倍的扫描电镜图，即图９的局部放
大，它清晰地表明魔芋粉颗粒表面呈现棱和沟，这些棱和沟
呈层状排列。图ｌｌ是ＫＳＡＰ放大５０倍的扫描电镜图，由此
可看出ＫＳＡＰ的颗粒大小均匀，呈规则多角形，无孔，透明， 表面明显较魔芋粉颗粒表面光滑，为均一性物质；图ｌ２是
ＫＳＡＰ放大５０００倍的扫描电镜图，即图ｌｌ的局部放大图，它
表明ＫＳＡＰ的表面呈现规则的波纹凸起，不再有魔芋粉颗粒
的层状表面结构。魔芋粉和ＫＳＡＰ的形貌差别更进一步说
明丙烯酸（钠）与魔芋多糖发生了化学反应，许多实验已证
实多糖与丙烯酸反应的机理是接枝共聚反应，因此由本文
所作的红外光谱和形貌差别分析可以推断ＫＳＡＰ是魔芋粉
中的多糖与丙烯酸发生接枝共聚反应的产物，且较为均一。
图９魔芋粉放大５０倍的扫描电镜图 Ｆｉｇ．９ ＳＥＭ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ｋｏｎｊａｃ ｆｌｏｕｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｂｙ ５０ ｔｉｍｅｓ
３．３ ＫＳＡＰ的接枝效率 接枝效率是指接枝共聚物占总的聚合物的质量百分
数。接枝共聚反应产物中除接枝共聚物外，还包括未反应
的不饱和单体及其均聚物。基于反应体系的构成，本实验
直接用水多次萃取分析ＫＳＡＰ的接枝效率，其结果见表１。 图ｌ０魔芋粉放大５０００倍的扫描电镜图
Ｆｉｇ．１０ ＳＥＭ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ｋｏｎｊａｃ ｆｌｏｕｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｂｙ ５０００ ｔｉｍｅｓ
图１１魔芋超强吸水剂放大５０倍的扫描电镜图
Ｆｉｇ．１ １ ＳＥＭ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ＫＳＡＰ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｂｙ ５０ ｔｉｍｅｓ
魔芋葡甘聚糖
魔芋葡甘聚糖
一、魔芋葡甘聚糖的化学结构 魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）或简称“葡甘聚糖”，为天然高分子多糖，
分子量为200, 000-2,000, 000。魔芋葡甘聚糖是由β-D-甘露糖与β-D-葡萄糖以β-1，4键结
合起来的链状分子，分子中的葡萄糖与甘露糖的比例为1：1.5-1.6，在甘露糖的C-3位上连
有以β-1-3键连接的支链，分子每19个糖残基（C-6位）上连接有一个乙酰基。由于其水
溶液具有很高的粘稠度而在食品工业中广泛应用作增稠剂、稳定剂和乳化剂等。 魔芋葡甘聚糖水解后，可获得葡萄糖、甘露糖和少量的乙酸。在魔芋葡甘聚糖的大分
子链中，乙酰基/糖残基数为1/19，如以38个糖残基组成重复单元，葡萄糖（G）/甘露糖（M）
为15/23，即1：1.5-1.6，主链中葡萄糖残基以及甘露糖残基均以β-1-4甙键相连接，支链以
β-1-4甙键与主链相连接。 魔芋葡甘聚糖的大分子结构如下：
图中，G为Glucose(葡萄糖)，M为Mannose(甘露糖)，A c为乙酰基，置换糖残基伯醇羟基
的氢而成酯，n聚合度，一般在160-315之间，分子量在200 000-2 000 000之间。
二、物理性质 ⑴ 水溶性
魔芋胶是一种水溶性胶体，由于在溶解过程中，水分子的扩散迁移速度远远超过葡甘
聚糖大分子的扩散迁移速度，结果，魔芋胶的颗粒发生溶胀或肿胀，使颗粒表面产生薄薄一
层高聚糖的粘稠溶液，逼使魔芋胶的颗粒互相粘联而结块，妨碍魔芋胶的进一步溶解。为此，
应使用蔗糖、葡萄糖、盐或淀粉之类的分散剂在魔芋胶溶解之前与魔芋胶混合，以防止结块。一般用于肉制品的魔芋胶可用盐或淀粉稀释分散，用于甜食品的魔芋胶可用蔗糖或葡萄糖稀
释分散，如果没有稀释分散剂，魔芋胶必需在高速搅拌的条件下溶解，魔芋胶溶解后的溶液
即便浓度只有1%，也是粘稠浓厚的。 ⑵ 混溶性
魔芋胶可以和蔗糖、葡萄糖、糖浆、奶粉混溶； 魔芋胶可以和多数食品乳化剂、食用香精、食用色素、食用防腐剂等食品添加剂混溶；
吸水高分子水凝胶
高分子水凝胶
那些貌似或神似刘谦小子的民间版非著名魔术师，信誓旦旦以娱乐民众为己任，在他们素常的节目单中，大多会设置以下环节：观众排排坐定，这位表演者先奉献一通似是而非的插科打诨，比如说本人自幼年起就在学着把有的东西变作没有，或者把没有的东西变作有，苦苦钻研数年，而今终于有了小成，说着说着拍拍手，让助手或者主持人上杯子，摆好了，又要了一壶水，然后往杯子里倒将下去，一边念念有词，说你可要看好了，笃悠悠把杯子倒扣过来，哇噻，竟然没有水流出耶……
特别声明一下：该魔术十分适合朋友聚会之类，其他较为严肃的场合比如春晚或赈灾晚不建议使用，否则于全国人民面前穿帮丢脸，后果自负。
一般来说，看到以上场景我总是默默地低下头来，以免嘴角不屑的讥笑打击了表演者的自信心，因为在一个学材料专业出身的非著名观察家看来，要做到把水变没有了实在是太容易的一件事，他只需要在杯底放一片SAP就行了。SAP乃Super Absorbent Polymer的缩写，意为超强吸水性聚合物，或者也被叫做高吸水树脂、超强吸水性高分子。别急，不必被这些名字给镇住了，得到这个听起来很高级的魔术道具其实毫不麻烦，你只要去超市买一包纸尿裤就行了。
好，暖场部分结束，还是让我们言归正传，从头来看看本文真正主角SAP的身世吧。
在早期，人类日常生活中凡涉及吸湿、吸水、止血之用，只能依赖于棉花、纸帛等天然纤维，但显然它们干的活并不那么让人满意：除却吸水量不是很大（最多也就是20倍左右）之外，还有一个非常大的缺陷，就是吸完之后，若受到压挤，液体还是会回渗出来，有时会造成意想不到的污染。
度过了漫漫长夜，对超吸水材料的呼声日渐高涨，美国农业部的Northern Regional
Laboratory实验室1961年成功申请了一个专利，称他们用一种“接枝”的特殊聚合手法，做出了一种丙烯酸单体合成的高分子聚合物，它的奇妙之处是能够吸收400倍于己身质量的水！更妙的是，吸进去的水不会因为外界压力的作用而回渗。这一发明立刻吸引了全世界工业家的目光，强生、陶氏、杜邦……等巨头纷纷往上面砸钱，于是合成、加工等各项技艺都开始精进，原被寄望于改良土壤保湿性的新型功能材料进入日常民用也指日可待。而日本的商业公司为了避开美国人的专利，自行开发出另外一些其他单体合成的超吸水性聚合物，鉴于丙烯酸、丙烯酸胺、乙烯醇类单体都已经得到了较充分的开发，他们就结合原有的这些体系，在淀粉、羟甲基纤维素和丙烯酸/马来酸酐体系中下了一些功夫。1978年，UniCharm开创性地首度将这种材料用于女用卫生巾，而1982年左右，欧洲市场上出现了加有这种材料的婴儿纸尿裤，此后UniCharm和美国的P&G都很快开始了这方面的研发。 不管是用于土壤保湿，还是用于生活卫生，这些超强吸水性物质统统都属于我们高分子家的重量级宠儿SAP。
淀粉_海藻酸系超强吸水剂的研制
高吸水性复合树脂是近年来高吸水材料研究的一个重点，它可以改善纯有机吸水树脂的凝胶强度较低，耐盐性差、毒性大，生产成本较高等不足，提高吸水性树脂的综合性能，扩大其应用领域，具有重要意义[1]。我国海带资源非常丰富，廉价易得。海带中有着丰富的海藻酸，有着较强的吸水保水能力，同时对海水（盐水）有很强的适应性；淀粉糊化后具有长链及网状结构，其干燥产品同样具有很好的吸水保水能力，且来源丰富，价廉易得。淀粉接枝丙烯酰胺[2]，丙烯酸[4-7]，丙烯腈[8]，环糊精[9]，纤维素[10]等制备高吸水树脂已见诸报道，而淀粉接枝海藻酸制备高吸水树脂则研究的很少。本文选用廉价的玉米淀粉接枝共聚合成高吸水性材料，在此结构基础上引入海藻酸（钠）制备高吸水性复合材料。1实验部分1.1原理当淀粉溶液被加热到一定程度后，淀粉分子大量吸收水分而发生急剧膨胀，分子链伸展，淀粉中的微晶束交替质点脱离淀粉颗粒而进入溶液，使溶液的粘度骤然上升，形成糊状粘稠液，此时即使停止加热，分子也不能恢复原来的结构。向其中加入海藻酸钠溶液，搅拌均匀，然后加入引发剂（K2S2O8→K2SO4），进而与葡萄糖环位配位，使其中一个碳原子氧化，从而使葡萄糖分子上的碳键发生断裂，而未被氧化的碳原子产生自由基，再引发与单体聚合，不断加成大量单体分子，形成大分子，构成链增长反应。增长的活性链带有未配对电子，当两个链自由基相遇时，未配对电子进行配对而使链终止。1.2材料及方法1.2.1试验材料与仪器设备（1）试验材料玉米淀粉、魔芋淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉和葛根粉（市售一级），丙烯酸A.R（天津市光复精细化工研究所），过硫酸铵A.R（北京红星化工厂），氢氧化钠A.R（重庆川东化工有限公司化学试剂厂），硫酸铈铵A.R（国药集团化学试剂有限公司），丙三醇A.R（北京红星化工厂），甲醇A.R（重庆东方试剂厂），氯化钠A.R（重庆北碚化学试剂厂），盐酸A.R（重庆川东化工有限公司化学试剂厂），硫酸A.R（重庆川东化工有限公司化学试剂厂），N，N’-亚甲基双丙烯酰胺A.R（北京化学试剂厂），聚乙二醇4000（实验试剂，天津天泰精细化学品有限公司）等。（2）试验仪器电热恒温水浴锅（上海仪表集团供销公司），聚四氟乙烯电动搅拌机（江苏金坛中大仪器厂），低温恒温器、三口烧瓶、通氮装置等。淀粉-海藻酸系超强吸水剂的研制华德鹏1原金海1,2刘娟1龙彦辉1胥松1李伟1辛丽梅1（1.重庆科技学院，重庆401331；2.重庆大学，重庆400044）摘要：在无需氮气保护的情况下，以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，用过硫酸铵为引发剂引发玉米淀粉、海藻酸钠与丙烯酸（钠）接枝共聚制备高吸水性树脂，考察了交联剂用量、引发剂用量、单体用量、单体中和度及物料配比等因素对树脂吸水率的影响，利用正交试验得到了制备吸水树脂的最佳的工艺条件：玉米淀粉5g，海藻酸钠1.25g，单体丙烯酸25mL，引发剂1.5%，交联剂量0.2%，单体中和度80%。所得产品的吸水率为470mL/g（蒸馏水），吸盐率为38mL/g（0.9%的盐水）。关键词：淀粉；海藻酸钠；丙烯酸；接枝共聚；超强吸水剂中图分类号：O647.11文献标识码：A文章编号：1673-1980（2009）01-0057-04
淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸水机理与应用
淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸
水机理与应用
高吸水树脂简称SAP,又叫超强吸水剂，在农业上被称为保水剂。 吸液率可高达自身重量的数十倍、百倍乃至数千倍，与传统的吸水材 料不同，它具有很多的特殊能力：(1)吸收水的速度非常快，吸水 的质量也可以在数十秒内达自身重量的几百倍；(2)吸水后能形成强 度较好的凝胶；(3)吸水量大；(4)吸收后的水分很难失去，吸水 后便具有足够的保水性；(5)具有成本低，效益高，使用简的优良性 质。？但高吸水性树脂也存在一些弱点，其中最突出的是树脂耐盐性 比较差，尤其是离子型的树脂。而实际应用中，几乎都在离子溶液中， 因此提高吸水性树脂的耐盐能力具有重要实际意义。高吸水性树脂可 分为离子型与非离子型两种。离子型吸水能力强，抗盐性较差；非离 子型抗盐性好，吸水能力較差。为进一步发展高吸水性树脂多方面的 能力，在其研究的内容上又有所增加：1、选择淀粉接枝丙烯酸、2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的研究;用淀粉替代部分有机单体， 以降低原料的费用；加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以增强产品的耐 盐性能。2、单体浓度、聚合工艺的研究；主要包括淀粉与单体接 枝共聚反应规律的研究，如单体中和度，交联剂的选择及用量，单体 配比，反应时间等；以及这些工艺参数对吸水性能的影响。同时研究 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对高吸水树脂抗盐性能的影响。通过研究 试图增强高吸水性树脂的耐盐性。实验通常采用水溶液法制备高吸 水性树脂，工艺简单，工艺条件易于控制；制备的产品成本较低，质 量较好；加入增强高吸水性树脂耐盐性能的单体AMPS，改善树脂的
性能。
一、高吸水性树脂的吸水机理。
直到现今，专业人员对高吸水树脂的吸收水分的性能与吸水树脂 分子结构的相互关系以及吸水树脂其吸水机理的认识还十分之不全 而，他们现阶段提出的观点还停留在吸水树脂的结构阐述问题上。
对于交联结构对吸水树脂的吸水机理的影响，目前为人们所接受 的理论有两个，其一是高吸水树脂的吸水过程是由离子浓度差所产生 的动力引起的，高吸水性树脂聚合物是一种高分子电解质聚合物，它 在水及其它极性溶剂中能电离，之后便产生了离子间相互作用，从而 使得高分子聚合物出现溶胀。其二是络结构理论：大多数高吸水树脂 聚合物都呈现为三维网络结构，在网络中存在大量的离子基团，当水 分子进入其三维网状结构后便立即与这些离子键相结合从而被吸附, 因其网络具有弹性，从而可以吸收大量的水分子。在进行吸水的过程 中，当吸水量增加时，离子浓度差所提供的驱动力不足以克服聚合物 交联结构或分子链间的相互作用。若交联的密度较小，吸水树脂聚合 物没有形成空间的三维网状结构，突出表现为水溶性，所以吸水率低。 当交联度有所增加时，吸水树脂聚合物的网络结构形成，吸水树脂聚 合物吸水率提高。吸水的能力主要受电解质浓度、树脂的亲水性和交 联度的影响。？当交联密度增加时，吸水的倍率有所下降，水溶液中 的各种离子强度越高，其吸水的倍率将变得越小。所以在酸、碱、盐 等电解质溶液中树脂的吸水能力一定会显著下降。
淀粉吸水树脂
1.淀粉类高吸水性树脂的特点
自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等材料所承担的。但这些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多仅为自身重量的20倍左右，而且一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂。高吸水性树脂(SPA)又称超强吸水剂[1]，是一种新型的功能高分子材料。这是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。它不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000倍，最高可达5000倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出。吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。 同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。
按原料划分，吸水树脂有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。淀粉类高吸水性树脂，是指淀粉与乙烯基单体在引发剂作用下或经辐射制得的吸水性淀粉接枝共聚树脂。淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，用碱性化合物水解引入亲水性基团的产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋化成公司首开先河的。与当前主流产品丙烯酸类高吸水性树脂相比，淀粉接枝共聚高吸水性树脂因淀粉原料来源丰富，价格低廉，为其合成提供了优越的供应条件;其独特的吸水性能、优异的保水性能及良好的加工性能，为其应用奠定了良好基础。缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。
高吸水性树脂的研究及其在药物制剂中的应用
高吸水性树脂的研究及其在药物制剂中的应用
摘要:高吸水性树脂是一种含有强的亲水性基团并具有一定交联度的功能高分子材料，来源丰富，用途广泛。本文主要介绍的是高吸水性树脂在药物制剂中的应用。
关键词: 高吸水性树脂,吸水机理,药物制剂
Abstract:Super absorbent polymer is a kind of having hydrophilic group and
cross-linked functional polymermaterial，widely used in many fields such as sanitary
goods，sealing composites and medical drug-delivery systems．This essay mainly
introduces the application in the pharmaceutical preparations of superabsorbent
polymer.
Key words: super absorbent polymer,absorbent mechanism,pharmaceutical preparations
高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer ,SAP)又称为超强吸水剂, 是一种典型的功能高分子材料,具有良好的吸液性能和保水性能的高分子聚合物的总称。与水溶性聚合物和吸附性聚合物相比, 在分子结构上高吸水树脂含有大量的亲水性很强的诸如羧基、羟基、酰氨基、磺酸基等化学基团, 同时又具有一定的交联度而形成了三维网状结构，这些化学基团及其所形成的复杂结构赋予了树脂的高吸水特性。与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比,
它不溶于水, 也不溶于有机溶剂, 却又有着奇特的吸水性能和保水能力, 能够吸收并保持自身质量的数百倍乃至数千倍的水, 同时又具有对光、热、酸碱的稳定性。及良好的生物降解性能。高吸水性树脂具有吸水倍率高、吸水速率快、保水能力强等优点，广泛用于农业园林、食品加工、土木建筑、医疗卫生、石油化工以及日用化工等领域，并仍在向更广阔的应用领域拓展。
高分子吸水树脂SAP
高分子吸水树脂SAP剖析
高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。
高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。
高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。
1.国外状况 高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。1966年美国农业部北方研究所Fan-ta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了高吸水树脂的发展。Fanta等在论文中提出：淀粉衍生物的吸水性树脂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，甚至还具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料。该树脂最初在Henkel Corporation工业化成功，其商品名为SGP(Starch Graft Polymer)。1971年Grain Processing公司以硝酸铈盐作引发剂，采用丙烯腈接枝在淀粉或纤维素上的方法合成出高吸水树脂。在这一时期，美国Hercules、National Starch、General MillsChemical，日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司相继成功开发出了高吸水树脂，德国、法国等世界各国对高吸水树脂的制备、性能和应用等领域也进行了广泛的研究，并取得大量成果。其中成效最大的是美国和日本。此后，国外对SAP的研制、生产和应用便以惊人的速度发展起来。1978年日本实现了SAP工业化生产。
超强吸水树脂的制备实验报告
超强吸水树脂的制备实验报告
一、实验目的
本实验旨在通过化学合成方法制备超强吸水树脂，并对其吸水性能进行评估和分析，以深入了解超强吸水树脂的制备工艺和性能特点。
二、实验原理
超强吸水树脂是一种具有三维网络结构的高分子化合物，能够吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分。其吸水原理主要基于高分子链上的亲水基团（如羧基、羟基等）与水分子之间的氢键作用，以及网络结构的渗透压作用。
常见的超强吸水树脂制备方法包括水溶液聚合法、反相悬浮聚合法等。本实验采用水溶液聚合法，以丙烯酸（AA）为单体，N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，过硫酸铵（APS）为引发剂，在一定条件下进行聚合反应，生成聚丙烯酸钠（PAANa）超强吸水树脂。
三、实验材料与仪器
1、 实验材料
丙烯酸（AA）：分析纯
氢氧化钠（NaOH）：分析纯
N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）：分析纯 过硫酸铵（APS）：分析纯
去离子水
2、 实验仪器
电子天平
恒温水浴锅
电动搅拌器
真空干燥箱
筛网（100 目）
四、实验步骤
1、 溶液配制
称取一定量的丙烯酸（AA），用氢氧化钠溶液中和至中和度为
70%～80%，得到丙烯酸钠溶液。
称取适量的 N,N’亚甲基双丙烯酰胺（MBA）溶于少量去离子水中，配制成交联剂溶液。
称取适量的过硫酸铵（APS）溶于少量去离子水中，配制成引发剂溶液。
2、 聚合反应 将丙烯酸钠溶液加入三口烧瓶中，置于恒温水浴锅中，开启电动搅拌器，搅拌均匀。
升温至一定温度后，缓慢滴加交联剂溶液和引发剂溶液，反应一段时间。
3、 产物处理
反应结束后，将产物倒入培养皿中，在室温下静置一段时间，使其自然冷却。
将冷却后的产物剪成小块，用去离子水浸泡、洗涤多次，以除去未反应的单体和杂质。
用筛网过滤产物，将过滤后的产物放入真空干燥箱中干燥至恒重，得到超强吸水树脂。
五、实验结果与分析
1、 吸水性能测试
耐热性吸水高分子材料
- 1 - 耐高温吸水材料
摘要
超强吸水齐U由于具有优异的吸水性能而被广泛应用于很多领域a然而，吸水速率慢、抗盐性和保水性差一直是阻碍超强吸水剂快速发展的主要问题。本论文在国内外研究基础上，合成了马来酸酐的淀粉系与多元共聚系列两类新型超强吸水剂。该吸水剂具有极快的吸水速率，很好的抗盐性和保水性。
以马来酸酐和丙烯酰胺为单体，硝酸铈胺为引发剂，N，N’一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以溶液聚合方法合成了淀粉接枝马来酸酐／丙烯酰胺吸水树脂。研究了反应条件对产物吸液率的影响。并以FTlR和SEM对产物进行了表征。
以马来酸酐(MLN)，丙烯酰胺(AM)，甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)为单体，过硫酸钾为引发剂，N，N’．亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，司班为悬浮稳定剂，环己烷为连续相，采用反相悬浮聚合法合成了Poly(MLN-AM)二元交联共聚物和Poly(MLN．AM．HEMA)三元交联共聚物。系统研究了诸反应条件对产品吸水性能的影响，找到了最佳反应条件。并以FTIR、XRD、TG、DSC和SEM等手段对共聚树脂的结构和性能进行了考察。产品最大吸水率和吸盐率可达12009／g和3309／g。
吸水动力学研究表明，制得的共聚物吸水速率极快，在Imin内即达到饱和吸水量的95％以上，远远超过了同类样品的文献报道值
本论文还对产品在不同盐溶液和醇溶液中的溶胀行为进行了研究。结果表
明所制得的超强吸水剂在不同溶液中的吸收能力顺序分别为NaCI>CaCl2>AICl3和丙三醇>乙二醇>甲醇>乙醇。这些结果有助于研究吸水树脂的吸水机理。
高温时，制得的吸水树脂在自然条件下和土壤中均表现出很好的保水性能。土壤中添加少量吸水树脂可以大大提高其保水率。这表明产物在农业和园艺也中具有潜在的应用价值。
1超强吸水剂的定义
传统吸水材料，如在医疗卫生中使用的脱脂棉、海绵，日常生活中使用的卫生纸、尿布，作为水凝胶使用的明胶、琼脂等，它们来源广泛，价格低廉，但这些吸水材料主要依靠物理吸附来吸水，吸水能力小，只能吸收自身几倍至几十倍的水分，而且保水能力差，一旦施加压力，大部分水又被释放出来，因而限制了它们在实际中的应用价值。超强吸水剂是一种吸水能力特别强的物质，能够吸收自身质量数百倍到数千倍的水。现在所说的超强吸水剂主要包括高吸水性聚合物(Superabsorbent Polymer)。本论文中所说的超强吸水剂是指高吸水性聚合物，也称为高吸水性树脂。作为一种新型功能高分子材料，超强吸水剂不但吸水量高，且吸收的水份不易用机械压力压出，具有优良的保水性能。因此，又叫高保水剂.
聚丙烯酸类超强吸水剂的制备和性能测试
32 实验九 聚丙烯酸类超强吸水剂的制备和性能测试（~30学时）
一、 实验目的
1. 了解超强吸水剂的种类及其应用。
2. 通过交联剂和超强吸水剂的制备学习酯化反应和自由基聚合反应。
3. 学习减压蒸馏和共沸蒸馏分水等基本操作。
4. 学习使用红外光谱方法表征产物结构。
二、 实验原理
超强吸水剂与传统的吸水性材料不同。传统的吸水性材料，如医药卫生中使用的脱脂棉、海绵、餐巾以及作为吸湿干燥用的硅胶、氯化钙、石灰、活性炭等，吸水能力较小，只能吸收自身质量的几倍至20倍的水，尤其保水能力更差，稍加压就失水。而超强吸水剂是一种吸水能力特别强的物质，可以吸收自身质量的几十倍乃至几千倍的水，吸水后即使加压也不脱水。
超强吸水剂之所以吸水，在于它的分子链上存在大量亲水基团（如羧基、羟基、酰胺基、氨基、羧酸盐等）。当这些分子在交联剂的存在下进行适度交联即可能形成高吸水性高分子化合物。从结构上看，超强吸水剂是具有带亲水基团的低交联度的三维空间网络结构。
超强吸水剂主要为功能高分子材料，不仅具有独特的吸水能力和保水能力，同时又具备高分子材料的许多优点，有良好的加工性和使用性能，被广泛用于医疗卫生、建筑、植树造林、日用化妆品等方面。
超强吸水剂的发展很快，种类繁多，可以有多种分类方法。最常用的是按原料来源分类，据此可分为三大系列，即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系(包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙撑系等)。
丙烯酸-聚乙二醇二丙烯酸酯共聚物属于合成聚合物系聚丙烯酸类吸水剂。制备此类吸水剂所使用的原料有单体、交联剂、引发剂、以及碱、分散介质或溶剂。
本实验以丙烯酸、聚乙二醇为主要原料首先制备聚乙二醇二丙烯酸酯，然后以它作为交联剂与丙烯酸共聚制备聚丙烯酸类超强吸水剂。
1. 交联剂（聚乙二醇二丙烯酸酯）的制备
本实验所用的交联剂是聚乙二醇二丙烯酸酯，其制备的原理实际上是一个酸催化下的二元醇与羧酸的酯化反应。因为丙烯酸易聚合，所以本实验要在反应体系中加入氢醌做阻