摘 要

长期以来，人们在水的提取、保存、利用和排除中，使用了很多吸水性物质，如日常生活中所使用的毛巾、餐巾、抹布等，医药卫生中使用的脱脂棉、纸尿布、卫生巾等。这些吸水材料多采用天然物质或通过简单加工制得。它们的特点是来源广泛，价格低廉，但其吸水能力差，仅能吸收自身质量百分之几十的水，且加压后易失水。高吸水材料是具有较高吸水性能和保水性能的高分子聚合物的总称。它可通过水合作用迅速的吸收自身质量百倍甚至上千倍的水，具有吸水容量大，吸水速率快，保水能力强且无毒无味的优越性能。

本实验以丙烯酸作为单体，在高岭土存在的情况下，将丙烯酸部分中和，以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，过硫酸钾作引发剂，进行交联聚合反应，从而制备性能优异的高聚物/无机杂化高吸水性材料。系统研究高岭土用量、引发剂用量、交联剂用量、中和度以及聚合温度等因素对聚合交联过程的影响。

关键词：高吸水材料；丙烯酸；交联剂；引发剂

Abstract

For a long time, people use a lot of absorbent material in the water extraction, storage, use and ruled out。For example， in daily life， the use of towels, napkins, towels, absorbent cotton，and in the pharmaceutical and health care, the use of paper diapers, sanitary towels, etc. The water absorbing material is made of natural substances, or those simply processed. They have relatively extensive sources and low prices, but poor water absorption ability.They can absorb water which is lighter than itself, and easily lose water after pressed. High water absorption material is the high-molecular polymer with high water absorption and water retention. It can quickly absorb the mass of the water which weight one hundred times or even thousands of times than itself through hydration.It also has a large capacity of water absorption, high water absorption rate, good water retention ability and the superior performance of avirulent insipidity.

This experiment uses acrylic acid as monomer，with the existence of kaolin，N, N - methylene double acrylamide as crosslinking agent and potassium persulfate as initiator. Using the process of crosslinking polymerization to prepare polymer/inorganic hybrid of super absorbent materials. System research monomer ratio, initiator dosage, the dosage of crosslinking agent, neutralization degree and polymerization temperature on polymerization crosslinking process.

Key words: high water absorption material, acrylic acid, crosslinking agent, initiator;

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 高吸水性树脂的发展历史 4

1.2.1 国外高吸水性树脂的发展历史及现状 4

1.2.2 高吸水性树脂在国内的发展历史及现状 6

1.3 本论文的研究目的和主要研究内容 7

1.3.1 研究目的 7

1.3.2 主要研究内容 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验设备 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 加入引发剂和交联剂 10

2.4.3 测量产物的吸水率 10

2.5 实验思路 10

2.5.1 探究高岭土用量对丙烯酸类高吸水性树脂吸水性能的影响 10

2.5.2 探究丙烯酸中和度对丙烯酸类高吸水性树脂吸水性能的影响 11

2.5.3 探究反应温度对丙烯酸类高吸水性树脂吸水性能的影响 11

2.5.4 探究引发剂用量对丙烯酸类高吸水性树脂吸水性能的影响 11

2.5.5探究交联剂用量对丙烯酸类高吸水性树脂吸水性能的影响 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 高岭土用量对吸水率的影响 12

3.2 丙烯酸中和度对吸水率的影响 12

3.3 反应温度对吸水率的影响 13

3.4 引发剂用量对吸水率的影响 14

3.5 交联剂含量对吸水率的影响 15

第四章 结论 17

参考文献 18

致谢 19

第一章 绪论

1.1 引言

高吸水性树脂被誉为超强吸水剂或者是超强吸水聚合物，这类材料是一种分子结构中含亲水性基团，并且交联度很低的，具有三维网状结构的功能高分子材料^[1]。其中，由于这种材料的分子中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团，因此具有高分子电解质的分子扩张性能，同时又因为其交联度较低的三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张，二者相互矛盾的作用使得分子不会在水中溶解，因此具有极强的吸水以及保水性能。大部分的高吸水性树脂的吸水量是自身质量的数百乃至千倍之多；而且在自然条件下，被吸收的水分的蒸发速度会明显低于正常状态，而且在加压情况下，被吸收的水也不易发生离析，即高吸水性树脂的保水能力很好；当外部环境的湿度低于高吸水性树脂内部的湿度时，被其吸收并保存的水分也会从高吸水性树脂中慢慢地释放出来，从而使外部环境的湿度稳定在一个合适的范围，有利于给植物创造良好的生长环境；因此高吸水性树脂在农业灌溉、幼苗移植、防止水土流失形成的沙漠化以及沙漠治理等农业或环境保护方面有着十分广阔的发展前景。

高吸水性树脂是一种不溶于水、交联度很低且膨胀率很高的高分子聚合物，它的吸水机理既包括化学吸附，又包括物理吸附。高吸水性树脂的化学吸附是通过亲水基团与自由水相互结合从而将自由水变为分子内的结合水的方式吸附水分子，这些亲水基团一般包括羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等；同时，高吸水性树脂也可以通过物理吸附的方式吸附大量的水分子，物理吸附是指由于单体之间相互发生交联聚合反应，形成了交联度较低的三维网状结构，这种三维网状结构拥有较大的比表面积，因此能够吸附大量的水分子。高吸水性树脂主要有以下几个特点：①：水不溶性，由于单体之间发生的交联反应，使其形成三维网状结构，因此不会在水中溶解，可以在烘干后反复使用。②：高吸水性，高吸水性树脂的吸水量一般是自身质量的几百到几千倍。③：高保水性，高吸水性树脂吸水后，吸收进入高吸水性树脂的水分的蒸发速率会比暴露在空气中的水分低很多，并且在被进行加压处理时也不会有大量水从高吸水性树脂中析出，另外在温度较低时，高吸水性树脂会缓慢地释放吸收的水分，因此可以应用于农作物的生长方面。④：高吸水性树脂的制备工艺比较简单且使用方便，价格也普遍较低，有利于推广开来。