高吸水樹脂是一種吸水能力特別強(qiáng)的物 質(zhì)，能夠吸收自身質(zhì)量的幾十甚至幾百倍的水， 吸水后，在加壓的情況下也不脫水或脫水很少， 因此，又將其稱為高保水材料。由于它既具有獨(dú) 特的吸水能力和保水能力，又具備高分子材料 的優(yōu)點(diǎn)，從而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)多領(lǐng)域中得到了廣泛 的應(yīng)用，從1961年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所開發(fā) 出來后，至今一直保持良好的發(fā)展勢(shì)頭[1，2]。

纖維素是合成高吸水樹脂的三大原料之 一，其來源豐富，價(jià)格低廉，本身具有很多優(yōu)點(diǎn)， 耐鹽性好是淀粉類和合成類高吸水樹脂所不及 的，因而具有廣闊的發(fā)展前景[3]。本文采用羧甲 基纖維素鈉與丙烯酸、丙烯酰胺共聚制備高吸 水樹脂，研究了主要制備條件如反應(yīng)溫度、時(shí) 間、反應(yīng)物配比等對(duì)吸水樹脂吸水能力的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分 1. 1主要原料

羧甲基纖維素鈉（CMC)：化學(xué)純，北京市 東環(huán)聯(lián)合化工廠產(chǎn)品；丙烯酸（AA)：化學(xué)純， 北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品；丙烯酰胺 (AM)：分析純，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司 產(chǎn)品；N，W-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM)：分析 純，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥材供應(yīng)站提供；K2S2〇8： 分析純，天津市東方化工廠產(chǎn)品；NaHS〇3：分

析純，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

首先對(duì)原料進(jìn)行相應(yīng)的提純。丙烯酸進(jìn)行 蒸餾，其它原料充分干燥處理。稱取相應(yīng)質(zhì)量的 丙烯酸（AA)于反應(yīng)容器內(nèi)，將容器置于冷水 浴中，向反應(yīng)器內(nèi)滴加氫氧化鈉溶液以中和丙 烯酸，待中和反應(yīng)完畢，向容器內(nèi)加入丙烯酰胺 (AM)、N，W-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM)、亞 硫酸氫鈉（NaHSO3)，加水至反應(yīng)體系總體積 為15OmL。其中丙烯酸與丙烯酰胺的配比為1 :1(質(zhì)量比）。將反應(yīng)容器置于恒溫水浴中，通 氮?dú)?，攪拌均勻?O min后加入K2S2O8溶液。 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)一定時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，往 反應(yīng)容器內(nèi)加入適量乙醇沉析，用8O%乙醇水 溶液洗滌三次，抽濾，抽濾后的固體于5O "C烘 箱中干燥至恒量。

1.3 FT-IR 表征

采用MAGNA-IR型紅外光譜儀，以KBr 壓片對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。

1.4吸水性能測(cè)試

吸收能力用吸水倍率來量度。吸收倍率指 1 g吸水劑所吸收液體的量，單位為g/g。

吸收能力的測(cè)試方法采用濾袋法。

結(jié)果與討論

2. 1紅外光譜測(cè)試分析

產(chǎn)物的紅外光譜如Fig. 1所示，羧甲基纖 維素接枝丙烯酸、丙烯酰胺后的紅外譜圖與羧 甲基纖維素的紅外譜圖相比，在CMC-g-AA + AM譜圖中于3430 cm—1，3198 cm—1附近有酰 胺的峰，在2900 cm—1處有C — H的反對(duì)稱伸縮 振動(dòng)，在1672 cm-1，1570 cm-1出現(xiàn)羰基的特征 吸收，此特征峰既不是酰胺基的特征峰，也不是 羧基的特征峰，而是兩者相互影響的結(jié)果，在 1400 cm-1出現(xiàn)一COONa的特征吸收峰。紅外 光譜分析證實(shí)反應(yīng)生成了接枝共聚物。

吸收去離子水的能力

按正交設(shè)計(jì)，選取羧甲基纖維素用量A、單 體與羧甲基纖維素質(zhì)量比B、引發(fā)劑用量C、交 聯(lián)劑用量D、反應(yīng)溫度E、丙烯酸的中和度^1六 個(gè)因素進(jìn)行考察，研究各種制備條件對(duì)吸水率 的影響，如Fig. 2?Fig. 7所示。

從Fig. 2可以看出，隨CMC用量的增加 吸水量下降。CMC增加，反應(yīng)體系粘度增大，使 單體的碰撞減弱，聚丙烯酰胺-丙烯酸接枝鏈變 短，不利于高分子網(wǎng)絡(luò)的形成。

如Fig. 3所示，隨單體/CMC的增大，吸水 倍率增大。這是因?yàn)殡S單體/CMC的增大，單體 濃度增大，接枝共聚物反應(yīng)加快，CMC上活性 自由基有足夠的單體可進(jìn)行反應(yīng)，接枝反應(yīng)更 加充分，而且聚合反應(yīng)進(jìn)行到一定階段，樹脂的 三維網(wǎng)絡(luò)形成，單體、自由基被初期形成的網(wǎng)絡(luò) 所包圍，流動(dòng)性減弱。自由基相互碰撞的幾率減 小，因而接枝支鏈分子量有所增加。另外，CMC 比例的增加，相應(yīng)地提高了 CMC在接枝共聚 物中的百分含量。而從吸水能力來看，CMC的 吸水能力要比聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的吸 水能力小得多，因而隨CMC用量的增加，吸收 能力有所下降。隨單體的增加，接枝共聚物中聚 丙烯酰胺-丙烯酸的含量相應(yīng)增加，所以吸水能 力也相應(yīng)有所提高。

度快，從而導(dǎo)致交聯(lián)度增加，吸水率降低，而且， 引發(fā)劑濃度加大，反應(yīng)溶液粘度上升很快，極易 出現(xiàn)爬桿現(xiàn)象，使反應(yīng)無法進(jìn)行，得不到高吸水 材料。若引發(fā)劑用量較小，在CMC上產(chǎn)生的接 枝點(diǎn)較小，不利于形成吸水網(wǎng)絡(luò)，而且反應(yīng)速度 相對(duì)較慢，自交聯(lián)程度小，樹脂可溶性增加，吸 水率降低?？梢娨l(fā)劑用量的大小可能會(huì)直接 影響到交聯(lián)度的大小，從而影響吸水率。

Fig. 6 The curve of temperature vs absorbent ability(G) 從Fig. 5中可知，在試驗(yàn)所用的交聯(lián)劑用 量范圍內(nèi)，樹脂的吸水率隨交聯(lián)劑用量的增加 而迅速減小，這是因?yàn)镹，N^-亞甲基雙丙烯酰 胺交聯(lián)劑反應(yīng)活性高，微量的交聯(lián)劑己能很好 地進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)而形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑 的用量增大使聚合物離子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中交聯(lián)點(diǎn)增 多，交聯(lián)點(diǎn)間的距離變小，交聯(lián)密度增大，即樹 脂的溶脹度變小，所能容納的液體量減小。交聯(lián) 劑用量少時(shí)，聚合物交聯(lián)密度低，形成稀疏的三 維網(wǎng)絡(luò)，易于水的進(jìn)入。

如Fig. 6所示，反應(yīng)溫度對(duì)吸水率影響不 大。反應(yīng)溫度低，形成的自由基少，反應(yīng)速率較 慢，形成的聚合物三維網(wǎng)絡(luò)缺陷多；溫度過高 時(shí)，聚合反應(yīng)過快，聚合反應(yīng)初期就形成了較密 的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，作為單體溶劑的水被樹脂吸 附，剩余單體的流動(dòng)性減小，影響聚合反應(yīng)均勻 進(jìn)行。圖中可見，在40 C?60 C范圍內(nèi)樹脂的 吸水率變化不大，考慮到氧化還原引發(fā)體系，選 擇反應(yīng)溫度在40 C左右較合適。

Fig. 7 The curve of neutralization degree vs ab¬sorbent ability(G)

如Fig. 7所示，丙烯酸的中和度對(duì)吸水能 力影響較大。從圖中可以看出，中和度在60% ?70%范圍內(nèi)的產(chǎn)物吸水性能是最好的。這是 因?yàn)楸┧峄钚院芨?，其聚合速度快。中和度較 低時(shí)，酸度高，丙烯酸單體反應(yīng)活性大，分子碰 撞加劇，聚合速度加快，除了加入的交聯(lián)劑迅速 發(fā)生交聯(lián)之外，自身也發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)（自交聯(lián)）， 從而形成高度交聯(lián)的聚合物，致使吸水率較低。 另外，中和度低時(shí)，CMC被酸解而破壞接枝。中 和度增加時(shí)，一方面減緩了反應(yīng)速度，另一方面 增加了強(qiáng)親水性的羧酸鈉基團(tuán)，使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 側(cè)的滲透壓增高，吸水率提高。但是，中和度過 高時(shí)，單體反應(yīng)活性較弱，反應(yīng)速度下降，自交 聯(lián)程度低，因此吸水率也下降。

經(jīng)過分析，最終確定制備高吸水樹脂的工 藝條件為：于150 mL反應(yīng)體系中，CMC用量 為1 g，單體與CMC的比例為8: 1，引發(fā)劑用 量為CMC用量的2%，交聯(lián)劑用量為單體用量 的0. 2%，溫度為40 C，中和度為60%。在此條 件下制備的高吸水樹脂吸收蒸餾水的量高達(dá) 900 倍。