高吸水性樹脂是一類具有強(qiáng)吸水能力且加壓也不脫水的高分子材料，是近年來國內(nèi)外廣泛開發(fā)研究 的新型產(chǎn)品。它具有吸收自身質(zhì)量幾百甚至幾千倍水的能力，且吸水速率快，保水性能好，即使在較高溫度 下也不會(huì)溢出，因而在農(nóng)林、園藝、石油化工、建筑材料、醫(yī)療、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用 利用無毒、可生物降解的天然高分子材料如淀粉、纖維素等為原料與親水性的乙烯基單體接枝聚合制備高 吸水性樹脂是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[27].黃原膠（xanthangum，XG)，一種類白色或淺米黃色可流動(dòng)粉 末，又名黃胞膠、漢生膠、黃單胞多糖等，是淀粉經(jīng)黃胞桿菌發(fā)酵而產(chǎn)生的胞外多糖類生物聚合物，無毒，可 降解，可溶于冷水和熱水中，具有高黏度，高耐酸、堿、鹽，高耐熱等特性，常被用作增稠劑、乳化劑、懸浮劑 和穩(wěn)定劑。作者以黃原膠為主要原料，在適當(dāng)?shù)暮铣蓷l件下，與丙烯酸接枝聚合制得了吸水率高、耐鹽性好 的高吸水性樹脂，探討了影響產(chǎn)物吸水倍率的因素，以期得到一種價(jià)格低廉，在農(nóng)業(yè)、生理衛(wèi)生等領(lǐng)域具有 較高實(shí)用價(jià)值的新型、環(huán)保型高吸水性樹脂。

 

1實(shí)驗(yàn)部分1.1試劑黃原膠，市售；丙烯酸(AA)，工業(yè)級(jí)；氫氧化鈉，過硫酸鉀，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，丙酮，均為化學(xué)純。

 

1.2制備過程 1.2.1黃原膠的活化稱取5g黃原膠粉，量取30mL水一并加入250 mL三口燒瓶中，調(diào)體系pH值至10?12,恒溫水浴 加熱（溫度為75C左右），攪拌，活化lh后降溫到45C左右，備用。

 

1.2.2中和丙烯酸在冰水浴的保護(hù)下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH溶液中和定量的丙烯酸至預(yù)定的中和度，備用。1.2.3聚合反應(yīng)在N#保護(hù)下將中和后的丙烯酸滴加到黃原膠溶液中，并加入引發(fā)劑過硫酸鉀，然后加入適量N，NJ- 亞甲基雙丙烯酰胺，溫度升高至65C，反應(yīng)1?3O讓聚合物沉降，冷卻后出料，過濾，洗滌，干燥得粗產(chǎn) 物。將粗產(chǎn)物用丙酮在索氏抽提器中抽提萃取5 h，70C干燥，粉碎后得產(chǎn)品。

 

1.3性能測試1.3.1吸水率測定稱取一定量干燥后的產(chǎn)物放在燒杯中，再加入去離子水9%鹽水），待吸收飽和后用漏斗過濾， 稱重，計(jì)算產(chǎn)物的吸水率Q:Q- (#1$ #〇)/#〇。

 

式中為吸水后的質(zhì)量，#0為吸水前的質(zhì)量。

 

樹脂對(duì)去離子水的吸水倍率用Qi表示，對(duì)NaCl水溶液的吸水倍率用Q表示。

 

1.3.2吸水速率測定稱取1. 0g樣品置于1 000 mL去離子水中，吸水不同時(shí)間后用100目網(wǎng)篩濾出多余的水，測定吸水 倍率，繪制樹脂的吸水率與吸水時(shí)間的關(guān)系圖。

 

1.3.3保水性能測定取250 mL燒杯加入100mL去離子水和1. 0g高吸水性樹脂，充分溶脹后，記錄初始質(zhì)量，分別置于 室溫（25C)和60C條件下，每隔一定時(shí)間測定其剩余質(zhì)量，并按下式計(jì)算保水率：保水率=剩余質(zhì)量/初始質(zhì)量。

 

2結(jié)果與討論2.1合成條件對(duì)產(chǎn)品吸水性能的影響 2.1.1聚合溫度的影響圖1表明，聚合溫度為65C左右時(shí)，樹脂吸去離子水和吸NaCl水溶液的吸液能力均能達(dá)到最大值， 這是因?yàn)閱误w的聚合速率在很大程度上取決于引發(fā)劑的分解速率，而在引發(fā)劑濃度一定時(shí)引發(fā)劑的引發(fā) 速率取決于溫度。當(dāng)聚合溫度較低時(shí)，鏈引發(fā)反應(yīng)緩慢，單位時(shí)間內(nèi)參與反應(yīng)的單體少，聚合反應(yīng)不完全， 從而導(dǎo)致交聯(lián)度降低，不能形成有效的體形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物水溶性大，吸水后強(qiáng)度不高，吸水率下降。升高 溫度有利于聚合和交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于形成適度交聯(lián)的網(wǎng)狀高分子，可提高樹脂的吸水率。但溫度過 高，引發(fā)劑的分解速率過大，聚合反應(yīng)過快，容易暴聚，從而導(dǎo)致反應(yīng)不能平穩(wěn)進(jìn)行。

 

2.1.2丙烯酸單體與黃原膠質(zhì)量比的影響1100圖2表明，原料配比對(duì)產(chǎn)物吸水率的影響很大，當(dāng)AA/XG比值小于5時(shí)，產(chǎn)物的吸水率隨著AA/ XG比值的不斷增大而增加；當(dāng)AA/XG比值大于5時(shí)，隨著AA/XG比值的不斷增大，吸水率又明顯下 降?？梢姡?dāng)原料配比AA/XG比值為5時(shí)，所得共聚物有最大的吸水率。這是因?yàn)樵贏A/XG< 5時(shí)， 隨著單體丙烯酸含量的增加（也即丙烯酸鈉的增加），接枝到XG鏈上的單體也增多，從而產(chǎn)生的親水基團(tuán)萬圖*數(shù)％合溫度對(duì)吸水倍率的影響圖2丙烯酸與黃原膠質(zhì)量比對(duì)吸水倍率的影響(一COONa)也增多。當(dāng)丙烯酸用量過大時(shí)，XG上接枝的鏈太長，則相應(yīng)的空間位阻加大，親水性也降 低，影響了吸水性能。另外，丙烯酸量太大時(shí)，其本身的自聚現(xiàn)象也對(duì)接枝共聚反應(yīng)不利，所以吸水率會(huì) 降低。從圖2中還可以看出，本產(chǎn)品吸0. 9%鹽水時(shí)的吸水率較高，這說明它的耐鹽性較好，較其它吸水 材料有明顯的優(yōu)越性和實(shí)用性。

 

2.1.3引發(fā)劑用量的影響go 0 必 9o o01010 9 8 7 61 id圖4交聯(lián)劑用量對(duì)吸水倍率的影響圖3引發(fā)劑用量對(duì)吸水倍率的影響 2. >4交聯(lián)劑用量的影響圖4表明，當(dāng)交聯(lián)劑用量過低時(shí)，得到的樹脂的交聯(lián)度低，水溶性大，吸水后形成一種能流動(dòng)的黏稠 物，而不是呈凝膠狀，不利于提高吸水能力。隨交聯(lián)劑用量的增加，有利于體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，樹脂中可 溶性部分減少，吸水率相應(yīng)增加。但隨著交聯(lián)劑用量繼續(xù)增加，形成了交聯(lián)點(diǎn)過密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶脹時(shí)網(wǎng)絡(luò) 不易擴(kuò)張，水很難從樹脂表面進(jìn)入其內(nèi)部，使樹脂能容納的液體量減少，導(dǎo)致吸水能力下降。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可 知，當(dāng)交聯(lián)劑與丙烯酸單體質(zhì)量比為0.031左右時(shí)，樹脂的吸水能力達(dá)到最大 2.2其它條件對(duì)產(chǎn)品性能的影響 2. 2. 1 中和度整個(gè)反應(yīng)過程應(yīng)在弱酸性或中性的條件下進(jìn)行，這是因?yàn)樵趬A性條件下幾乎全為丙烯酸鈉，接枝后制 備的產(chǎn)品水溶性很大，吸水率低且保水性能差，而且有時(shí)不會(huì)發(fā)生聚 lim]合反應(yīng)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，丙烯酸單體的中和度以75%為宜。

 

2. 2. 2 反應(yīng)環(huán)境w> 800接枝共聚過程要在無氧環(huán)境即有氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，這是為了防止^ 700產(chǎn)生的活性自由基轉(zhuǎn)化為低活性的過氧自由基，即 R ? S O2R2O2O ?，這樣就不利于反應(yīng)的進(jìn)行，接枝共聚不完全，產(chǎn)#品的吸水率也會(huì)大幅降低。

 

2.3樹脂的吸水速率圖5表明，樹脂在前4h內(nèi)吸水速率較快，而后趨于平穩(wěn)，吸水量圖 基本不變。該產(chǎn)品到達(dá)飽和吸水倍率的時(shí)間約為4 h.

 

時(shí)間/h樹脂的吸水倍率與時(shí)間的 關(guān)系圖3表明引發(fā)劑的用量對(duì)產(chǎn)品的吸水率也有較大的影響。引發(fā)劑用量以引發(fā)劑與原料的比值來衡量。 在其它條件（AA/XG為5,聚合溫度為65C)保持不變的情況下進(jìn)行測定。由圖4可知，當(dāng)引發(fā)劑與丙 烯酸單體質(zhì)量比為0. 08時(shí)，產(chǎn)品有最大的吸水率。當(dāng)引發(fā)劑與丙烯酸單體質(zhì)量比小于0. 08時(shí)，產(chǎn)品的吸 水率隨引發(fā)劑用量的增加而增大，這是因?yàn)殡S著引發(fā)劑用量的增加，會(huì)產(chǎn)生較多的大分子自由基和較多的 接枝鏈，故吸水率會(huì)增大。當(dāng)引發(fā)劑與丙烯酸單體質(zhì)量比大于0. 08時(shí)，因產(chǎn)生了更多的大分子自由基而 使引發(fā)反應(yīng)大大加快，過早地發(fā)生偶合終止，這對(duì)接枝鏈增長不利，容易產(chǎn)生暴聚現(xiàn)象，而且XG上接枝的 多為短鏈，過多的引發(fā)劑還會(huì)導(dǎo)致自由基的轉(zhuǎn)移，從而降低產(chǎn)品的吸水率。在引發(fā)劑用量太高或太低的情 況下，產(chǎn)品的吸水率均不高。因此，在不溶于水的情況下，采用適量的引發(fā)劑用量才能夠制得高吸水性的 高分子聚合物2.4樹脂的保水性能吸水性樹脂的保水能力是指吸水后的膨脹體能保持其水溶液不離析的狀態(tài)的能力[1".

 

本實(shí)驗(yàn)測定了高吸水性樹脂在室溫和60C條件下的保水性能，證明該產(chǎn)品吸水后的水凝膠在自然條 件和較高溫度下均具有較好的保水性能。吸水性樹脂吸水后，水的蒸發(fā)速度下降，根本原因一方面是干燥 過程中在吸水性樹脂的粒子表面形成了膜，降低了其蒸發(fā)速度，另一方面是由于吸水劑與水形成了氫鍵， 將水固定在高分子鏈上，蒸發(fā)所消耗的能量大，故而干燥速度慢[10].

 

3結(jié)論(1)本實(shí)驗(yàn)以黃原膠和丙烯酸為主要原料，通過接枝共聚制得了耐鹽性較好的新型環(huán)保型高吸水性樹 脂，克服了聚丙烯酸系吸水樹脂生物降解性能及耐鹽性差的問題，預(yù)期在農(nóng)業(yè)、生理衛(wèi)生等領(lǐng)域具有較高 的應(yīng)用價(jià)值。

 

$)在聚合溫度為65C，丙烯酸單體：黃原膠粉=5 : 1(質(zhì)量比），丙烯酸中和度為75%，引發(fā)劑：丙 烯酸單體= 0.08,交聯(lián)劑：丙烯酸單體= 0.031的條件下所制得的黃原膠接枝丙烯酸高吸水性樹脂的吸 水倍率可達(dá)1 026 g ? g—1，吸鹽水倍率達(dá)到716g ? g—1，其吸水速率適中，在室溫和60C條件下均具有較 好的保水性能