高吸水性材料的研究

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1、高吸水性材料的研究摘要：高吸水性樹脂是一種新型的功能性高分子材料，由于它能吸收自身質(zhì)量幾百至幾千倍的水，且吸水膨脹后生成的凝膠具有優(yōu)良的保水性，因此在生理衛(wèi)生用品、土木建筑、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹了高吸水性樹脂的分類、吸水機理、制備方法及應(yīng)用，并對高吸水性樹脂的發(fā)展前景作了展望?！　￡P(guān)鍵詞：高吸水性樹脂；機理；制備方法；應(yīng)用。　　　　前言：　　高吸水性樹脂是一種典型的功能高分子材料。它能吸收其自身重量數(shù)百倍、甚至上千倍的水，并具有很強的保水能力的高分子材料，所以它又成為超強吸水劑或高保水劑。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上來講，高吸水性樹脂是具有許多親水基團的低交

2、聯(lián)度或部分結(jié)晶的高分子聚合物。［1］　　1、高吸水性樹脂的吸水機理　　高吸水性樹脂的吸水結(jié)構(gòu)　　高吸水性樹脂是一種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它不溶于水而大量吸水膨脹形成高含水凝膠。高吸水性樹脂的主要性能是具有吸水性和保水性。要具有這種特性，其分子中必須含有強吸水性基團和一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即具有一定的交聯(lián)度。實驗表明：吸水性基團極性越強，含量越多，吸水率越高，保水性也越好。而交聯(lián)度需要適中，交聯(lián)度過低則保水性差，尤其在外界有壓力時水很容易脫去；交聯(lián)度過高，雖然保水性好，但由于吸水空間減少，使吸水率明顯降低?！　「呶詷渲康挠嬎恪　「呶詷渲奈靠梢粤炕?。Flory［4］考慮

3、聚合物中固定離子對吸水能力的貢獻，從聚合物凝膠內(nèi)外離子濃度差產(chǎn)生的滲透壓出發(fā)，導(dǎo)出了高吸水性樹脂溶脹平衡時的最大吸水性公式：　　　　Q/=[2+(1/2-x1)/V1]/　　高吸水性樹脂與水的作用方式　　當(dāng)水與高聚物表面接觸時，有三種相互作用：一是水分子與高分子中的電負性強的氧原子間的氫鍵作用；二是水分子與疏水基團間的相互作用；三是水分子與親水基團間的相互作用。［6］　　高吸水性樹脂本身具有的親水基和疏水基與水分子相互作用形成水合狀態(tài)。樹脂的疏水基團部分由于疏水基團作用而易于折向內(nèi)側(cè)，形成不溶性的粒狀結(jié)構(gòu)，疏水基團周圍的水分子形成與普通水不同的結(jié)構(gòu)水。［7］　　　　2、高

4、吸水性樹脂的制備方法　　　　淀粉型高吸水性樹脂的制備　　淀粉接枝共聚　　合成淀粉型高吸水性樹脂，所使用的原料為淀粉和單體。此外還利用引發(fā)劑、交聯(lián)劑、堿、分散劑、表面活性劑、洗滌劑等助劑?！　∧壳耙缘矸蹫樵现苽涓呶詷渲暮铣煞椒ㄖ饕ㄟ^自由基引發(fā)聚合將乙烯基單體接枝到淀粉上。引發(fā)的方法以化學(xué)引發(fā)為主，也采用輻射引發(fā)接枝。聚合方法主要有溶液聚合和反相懸浮聚合。　　淀粉經(jīng)羧甲基化可制備高吸水性樹脂　　該方法制備的高吸水性樹脂大多以纖維素為原料，以淀粉為原料不常用?！　?．2纖維素型高吸水性樹脂的制備　　天然纖維及其衍生物是制備高吸水性樹脂的重要原料。通過醚化、酯化、交聯(lián)、

5、接枝共聚等一種或幾種方法，人們現(xiàn)已制備出一系列高吸水性樹脂。由于纖維素來源廣，易于獲取且價廉，因此以纖維素為原料制備高吸水性樹脂日益受到重視。［11］　　醚化-交聯(lián)法　　該方法是制備纖維素基高吸水性樹脂的一類常用方法。一般有以下三種方法：先交聯(lián)后醚化、先醚化后交聯(lián)、醚化與交聯(lián)同時進行?！　≈苯吁セā　±美w維素或其衍生物分子中羥基易通酸酐或氯酐起反應(yīng)的特征，可制備纖維素基高吸水性樹脂，被開發(fā)的材料有兩種。　?、爬w維素黃原酸鹽吸水材料，該材料耐鹽性、耐堿性較好。　?、启燃谆w維素碳酸鹽吸水性材料［10］　　直接交聯(lián)法　　直接交聯(lián)法雖不是常用方法，但可用于對一些商品纖維素

6、作進一步加工而制備高吸水性樹脂。其中日本學(xué)者在這方面進行詳細的研究，制得的產(chǎn)品吸水能力很高。制備方法如下：［12］　　取代度的羧甲基纖維素125g，氫氧化鈉，水1292g混合呈均勻溶液，加入環(huán)氧氯丙烷。在40℃反應(yīng)20h。用含90％甲醇溶液脫水、脫鹽得白色粒狀羧甲基纖維素交聯(lián)的鈉鹽137g。其吸鹽水達97g/g,吸血液達63g/g。接枝共聚法　　是以纖維素為原料制高吸水性樹脂的主要途徑。其原料可以是天然纖維及其衍生物，人造纖維等。天然纖維接枝共聚是發(fā)展的重要方向，因為不需要制成衍生物，利于降低成本?！　『铣删酆衔镱悺　≡谶@一類高吸水性樹脂中，聚丙烯酸鹽以其吸水率高，吸水速

7、度快，不易霉變成為高吸水性樹脂中最重要的品種之一，其制備方法如下：［13］　　在反應(yīng)瓶中計量加入丙烯酸，開動攪拌機，逐漸加入20％氫氧化鈉溶液，使其中和度為60％～80％，再加入去離子水稀釋至單體濃度為30％～60％，再加入N，N-二甲基雙丙烯酰胺。將反應(yīng)瓶置于恒溫水浴中加熱并通氮氣驅(qū)氧，再加入過硫酸鉀進行反應(yīng)。反應(yīng)物料粘度增大至攪拌困難時停止攪拌，繼續(xù)通氮氣到反應(yīng)物為粘稠凝膠體。將其取出，壓成薄片后進行干燥，再粉碎至10目以上。其吸水鹽150g/g。吸去離子水1400g/g，吸水速率快，保水性較好?！　　　?、高吸水性樹脂的