摘 要

高吸水性的凝胶是种不溶于,但在中能高膨胀的三维网络聚合物。由于其特有的吸水性能和保水性能,自问世以来,在水处理、石油化工、农林园艺等领域得到广泛应用。本采用反相悬浮聚合法制备了一种聚(丙烯酸/丙烯酰胺)(PAAM)共聚高吸水性树脂并用正交试验对最佳反应条件进行了探究。得到最佳反应条件：中和度（N）为55%，丙烯酸/丙烯酰胺=1：4，交联剂的用量为0.03%，引发剂的用量为0.3%时制得的高吸水性树脂吸水及吸生理盐水倍率最大，分别达到1090g/g和83g/g。

关键词：高吸水性树脂 引发剂 交联剂 反相悬浮聚合法

Preparation and Properties of Acrylic Superabsorbent Resin

Abstract

In this experiment, acrylic acid (AA) and acrylamide (AM) were used as monomers, potassium persulfate (KPS) was used as initiator, and N,N-methylenebisacrylamide (NMBA) was used as cross-linking agent. A poly(acrylic acid/acrylamide) (PAAM) copolymer superabsorbent resin was prepared and the optimal reaction conditions were investigated by orthogonal test. The acid (AA) and acrylamide(AN) 0.3%. The brine rate was the highest, reaching 1090 g/g and 83 g/g, respectively.

Key words: Polyaniline；Initiator；Cross linker；Inverse suspension polymerization

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 高吸水性树脂的发展概况 2

1.2.1 高吸水性树脂在国外的发展 2

1.2.2 高吸水性树脂在国内的发展 2

1.3 高吸水性树脂的分类 3

1.3.1 淀粉粉系高吸性水的树脂 3

1.3.2 纤维素系高吸水性树脂 3

1.3.3 合成性的高吸水性树脂 3

1.4 高吸水性树脂的合成机理 4

1.4.1 高吸水性树脂在水中的吸水过程 4

1.4.2高吸水性树脂吸水过程的动力学与热力学研究 4

1.5 高吸水性的树脂的应用 7

1.5.1 高吸水性的树脂在医药卫生方面应用 7

1.5.2 高吸水性的树脂在农林园艺领域的应用 7

1.5.3 高吸水性的树脂在建筑行业领域的应用 8

1.5.4 高吸水性树对污水中重金属的吸附行为 9

1.5.5高吸水性树脂在其他方面的应用 9

1.6 高吸水性的树脂的合成方法 9

1.6.1 溶液聚合法 9

1.6.2 反相乳液聚合法 10

1.6.3 反相悬浮聚合法 10

1.6.4 辐射引发的聚合法 10

1.7 论文研究的目标及内容 10

1.7.1 P(AA-AM)高吸水树脂的制备及工艺优化 10

1.7.2 P(AA-AM)高吸水树脂的性能和仪器表征 11

第二章 实验方法 11

2.1 实验的仪器与试剂 11

2.1.1 实验仪器及规格 11

2.1.2 实验的试剂 11

2.2 实验方案 11

2.2.1 正交实验设计 11

2.2.2 高吸水性树脂的制备 12

2.2.2 稀土配合有机物的制备 12

2.3 高吸水性树脂的测试与表征 13

2.3.1 正交实验分析 13

第三章 结果与讨论 15

3.1n(AM):n(AA)对于高吸水性的树脂吸水率和吸盐水率的影响 15

3.2 丙烯酸的中和度对树脂吸水性能和吸盐水性能的影响 15

3.3 交联剂的用量对树脂吸水和吸盐水性能的影响 16

3.4 引发剂的用量对树脂的吸水和吸盐水性能的影响 17

第四章 结论 19

第五章 展望 20

参考文献 21

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1 引言

高吸水性凝胶( Superabsorbent Polymer,简称SAP)是指分子链上含有亲水化合物(-SO₃H、COOH、-CONH₂、-OH)及一种或几种高分子等功能基团中的三维网状高分子,它不溶于水和有机溶剂,但是可以在很短的时间内吸收大量的水并且在一定压力下很难除去,因此对比于传统方式上的吸水材料,SAP具有很高的吸水倍率且具有非常快的吸水速率,在一定的压力下具有非常强的保水能力且没有毒性等特性。由于其特殊的性质,目前已被广泛应用于很多领域,如农业,生物医学,污水处理,生物传感器,组织工程等。

从高吸水树脂开始研发到现在已有几十年,开始在二十世纪五十年代由美国的 Goodrich公司开发,后来在1974年由 Flory Paul John提出了第一个有关吸水树脂的理论,即分子凝胶吸水理论,这一理论为后来的吸水树脂研究做出了巨大贡献,Fory也因此获得了诺贝尔化学奖。二十世纪八十年代,全国掀起了SAP研究的热潮,其中有20多家企业单位在合成与工艺方面作出了出色的工作,包括当时天津大学、北京化工研究所、中科院研究所、航天工业部、湖南大学和南开大学等,这使得高吸水树脂的研究成为当时的热点。至今为止,高吸水树脂虽获得了较大的发展,但产品性能和相关调控木与国外相比还有有较大差距。目前提高SAP在生理盐水中的倍率方法包括通过引入非离子性基团来增加SAP分子链之间的静电斥力来达到目的,如丙烯酰胺等,如刘玉贵等人采用传统的反相悬浮聚合法制备球状高吸水树脂,最终的产品吸0.9%NaCl水溶液倍率为109g/g。

自高吸水树脂材料被开发成功以来,主要是溶液聚合路线,由于采用水为溶剂,过程不产生污染,设备要求低及操作简单等优点,成为高吸水树脂制备的经典方法。然而,采用这一方法,由于反应速度制约着我国高吸水树脂发展。为此人们一直尝试采用反响聚合。

1.2 高吸水性树脂的发展概况

1.2.1 高吸水性树脂在国外的发展

1973年后美国将高吸水树脂作为个独立的方向展开研究。1977年日本纤维高分子材料研究所、 Cularne合成化学公司制备出了在水中不溶解只溶胀的高吸水树脂,并命名为GP对外发售,该树脂是采用PVA交联法制备的。1978年,日本三洋化成工业公司发现要将高吸水树脂应用到卫生领域是可行的,但考虑到聚合物中残留有丙烯腈单体,有毒而且不安全,从而使用丙烯酸将其替换,成功研发了淀粉接枝丙烯酸类共聚高吸水树脂。与此同时,美国Dow公司制备了膜状的高吸水性树脂,该树脂是先用丙烯酸与丙烯酸乙酯共聚,再将共聚得到的聚合物溶液与环氧氡丙烷混和,这样的制备过程在很大程度上提高了产物的性能。

近年来高吸水树脂的应用范围也越来越广,工业上可用作油水分离剂、塑料难燃剂、内芳香剂以及重金属离子吸附剂;也可以作为农药、香料、肥料的调节释放材料用于农林业中;作为防水材料用于建筑业;此外,还可以用作食品保鲜材料、医疗卫生用品等等。

1.2.2 高吸水性树脂在国内的发展

自20世纪80年代初我国才有40多个厂生产吸水树脂,产量也都只有2000~3000吨/年,难以取得规模效益,所以主要通过进口来满足,这些都表明我国当时的高吸水树脂研究水平是处于相对落后的状况,在工业化及其应用研究等方面与国外均具有很大的差距。