摘 要

传统的高吸水树脂按原料来源可分为天然高分子类和合成树脂类，但是目前市面上所用的多为合成树脂类，且由于合成树脂类的合成原料大部分来自石油化工产品，不易降解，对环境造成很大污染，因此对于天然可降解的高分子吸水树脂研究逐渐广泛开展。本文选用乙二胺和丙烯酸甲酯在甲醇溶剂中合成2.0代聚酰胺-胺树形分子，并取其为改性因素，以羧甲基纤维素钠为原料与树形分子混合后，加入过硫酸钾溶液为引发剂，引发15min后再加入N-N’亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了羧甲基纤维素-PAMAM吸水树脂。树形分子上的氨基不仅有助于吸水效果的增强，更加提高了吸水树脂的抗菌性能。

原料羧甲基纤维素钠和聚酰胺树形分子，以及加入树形分子和未加入树形分子的吸水树脂都采用红外光谱进行结构表征。并对溶胀平衡冻干后的树脂进行扫描电镜分析其孔状结构，证明成功制备出羧甲基纤维素-PAMAM吸水树脂。研究结果表明：羧甲基纤维素钠为4%，交联剂浓度为羧甲基纤维素钠的30%，加入树形分子的量为0.2g，引发剂为0.02g时的产品，具有最好的吸蒸馏水的性能，为118倍。当羧甲基纤维素钠为4.5%，交联剂浓度为羧甲基纤维素钠的30%，加入树形分子的量为0.1g，引发剂为0.02g时，吸水树脂对生理盐水具有最高的吸水倍率，为38倍。改性后的吸水树脂具有一定的抗菌性能，大肠杆菌的抗菌效果优于金黄色葡萄球菌，并在PAMAM树形分子加入量为0.25g时有最好的抗大肠杆菌效率，为21%。

关键词：羧甲基纤维素；吸水树脂；聚酰胺-胺树形分子；抗菌性能

Abstract

Traditional Superabsorbent resin can be divided into natural and synthetic resins class by the sources of raw materials, but at present the later one is more popular and widely used, and because of most of the resource of synthetic resins come from petrochemical product which is difficult to degrade and cause enormous problem to environment. Therefore the research of natural degradative resins is gradually started widespread. In this thesis, we use ethylenediamine and acrylic acid methyl ester to compound 2.0G polyamide - amine dendrimer（PAMAM）in the methanol solvent, and choose it as the modification factor. Taking sodium carboxymethyl cellulose as raw material mixes with dendrimer, join the potassium persulfate solution as the initiator, trigger a 15 min and add N - N 'methylene double acrylamide(MBA) as crosslinking agent , and carboxymethyl cellulose – PAMAM injectivity resin was synthesized. Dendrimer amino is not only helps to enhance water absorption effect, it improves the antibacterial properties of water absorbing resin too.

Sodium carboxymethyl cellulose and polyamide dendrimer, and the added dendrimer and not added tree molecular injectivity resin is using infrared spectrum for structural characterization. And the resin after swelling equilibrium and lyophilization is analyzed by scanning electron microscopy (SEM) to check its pore structure and prove that carboxymethyl cellulose - PAMAM injectivity resin is prepared successfully. The research shows :the products of sodium carboxymethyl cellulose 4%, the concentration of crosslinking agent 30% of the sodium carboxymethyl cellulose, the amount of dendrimer 0.2 g, the initiator 0.02 g have the best performance of distilled water absorption, for 118 times. When sodium carboxymethyl cellulose was 4.5%, the concentration of crosslinking agent is 30% of the sodium carboxymethyl cellulose, the amount of dendrimer is 0.1 g, the initiator is 0.02 g ,the resin has the highest saline water absorption rate,38 times as much. The injectivity resin after modified has a little antibacterial properties, e. coli antibacterial effect is better than that of staphylococcus aureus. And in PAMAM dendrimer addition amount of 0.25 g, it has the best efficiency of e. coli resistance, for 21%.

Key words: Carboxymethyl cellulose; Absorbent resin; Dendrimer polyamide - amine; antibacterial properties

目 录

第一章 绪论 1

1.1 高吸水树脂概述 1

1.1.1 高吸水树脂结构和吸水机理 1

1.1.2 高吸水树脂的分类 2

1.1.3 高吸水树脂的应用 3

1.2 羧甲基纤维素概况 4

1.2.1 羧甲基纤维素 4

1.2.2 羧甲基纤维素的制备 4

1.3 聚酰胺-胺树形分子 5

1.3.1 树形分子介绍 5

1.3.2 树形分子的合成方法 5

1.3.3 聚酰胺-胺树形分子合成及概述 6

1.4 本课题研究的主要目的和意义 7

第二章 实验部分 8

2.1 试剂与材料 8

2.2 仪器与设备 8

2.3 聚酰胺-胺树形分子的合成 8

2.4 CMC吸水树脂的合成 11

2.5 CMC吸水树脂表征 11

2.5.1红外光谱表征 11

2.5.2 扫描电镜 12

2.6 产品性能测试 12

2.6.1 在蒸馏水中的吸水倍率测试 12

2.6.2 在生理盐水中的吸水倍率测试 13

2.6.3 抗菌性能测试 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 CMC吸水树脂的表征分析 14

3.1.1 红外光谱分析 14

3.1.2 扫描电镜分析 14

3.2 各因素对CMC吸水树脂的吸水性能影响 15

3.2.1 不同CMC浓度对吸水倍率的影响 16

3.2.2 不同PAMAM含量对吸水倍率的影响 16

3.2.3 不同MBA浓度对吸水倍率的影响 17

3.3 抗菌性能 18

3.3.1 CMC浓度对羧甲基纤维素吸水树脂抗菌效率的影响 18

3.3.2 PAMAM含量对羧甲基纤维素吸水树脂抗菌效率的影响 20

3.3.3 MBA浓度对羧甲基纤维素吸水树脂抗菌效率的影响 20

结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 高吸水树脂概述

高吸水树脂（Super Absorbent Polymer，简称SAP）是一种具有亲水基团，可以大量吸收水分溶胀又能保持水分不在外界压力下流出的新型功能高分子材料^[1]。这类物质所具有的交联网状结构和结构中所含有的亲水基团如羧基、羟基等强亲水性基团^[2-3]，使其具有优良的吸水性能，能够吸收自身重量数百倍甚至上千倍的水分。而且由于自身的三维网状结构，即使在加热或者加压条件下也具有良好的保水性。高吸水树脂与棉花、海绵、木材、硅胶、氧化钙等传统的吸水材料相比，除了具有吸水性强、保水性好的优点以外，还具有稳定性高和易于改性的优点。高吸水树脂还可以根据需要，通过改变合成条件或以接枝不同官能团改性的方法对其性能进行调整^[4]。由于高吸水树脂这类功能高分子材料所具有的优越性能，使其具有巨大的开发潜力、应用价值和经济效益，不仅在农林园艺、土壤改良、妇女及婴儿卫生用品方面有广泛应用，而且于医用器材，表面活性剂如油水分离，增稠剂及缓释材料等领域也有重要作用^[5]。

1.1.1 高吸水树脂结构和吸水机理

高吸水性树脂不溶于水，却能大量吸水以致膨胀形成高含水凝胶，它的结构类似于一种三维网络，吸水性和保水性是它的主要性能。树脂若要具备这种性能就必须满足两点，一是分子结构上有强吸水性官能团，二是前面所说的适度交联的网状结构。保水性，吸水性都与基团极性有关，极性越强，基团含量越多，吸水率就越高，同时保水性也更加优异。而交联度需要保持在一个合适的程度，交联度过低则会导致树脂的保水性变差，特别在外界有压力时水很容易脱去；交联度过高虽然能增强树脂的保水性，但由于孔状结构过于密集从而导致水吸附空间减少，使吸水率明显降低。

通过分析高吸水树脂的化学组成和分子结构可以知道，高吸水性树脂本质上是一种电解质，在这种电解质中亲水性基团和疏水性基团相互交联。亲水基团水中在与H₂O接触时会产生相互作用形成各种水合状态；而疏水基部分因疏水作用倾向于往内侧偏折，形成一个局部不溶性的微粒状结构，正是由于这种结构，进入网状结构的水分子因极性作用而部分冻结，失去活动性，形成看似冻结实际仍有活动性的结构。树脂在平常状态时，其中的高分子网络结构是一种固定的结构，电解质未电离成离子对。在吸水状态时水进入网格结构主要是因为网格内外的渗透压差，电解质电离后产生的疏水基团在内部聚集，从而使内部渗透压变低，而外部的亲水基团充分伸展，渗透压高，水分子就从外进入网格内，进入网格后由于树脂的三维网格结构的限制，阻碍了水分子因受热而产生的运动，使其不易再次从网格中渗出来^[6]，同时，网格具有一定的强度和刚性结构，从而限制水分子的自由运动，即使在受到压力的状态下也拥有良好的保水性能。同时，一些研究者认为高吸水性树脂的空间网络结构交联程度比较适中偏低，是由反应产生的交联接枝或分子链间的相互缠交错覆盖的交联所构成。考虑到渗透压的影响因素，如果吸水树脂所在的水中含有易电离的盐，就会导致渗透压下降，树脂吸水能力明显减弱^[7]。

1.1.2 高吸水树脂的分类

高吸水树脂一般可以根据合成原料来源，亲水性，交联方法，制晶形态来划分类别，由于考虑到制备和实际生产应用方面的便利性，一般采用通过对合成原料来源分类的方法。高吸水树脂按合成原料来源来分可分为两类：天然高分子类和合成高分子类，目前我们接触和使用比较多的属于天然高分子类，因为其原料易于得到而且易降解。从天然高分子类再往下划分又可以分为淀粉类，纤维素类，蛋白质类等。