第七章_吸液性高分子材料

1、1 概述概述 自古以來，吸水材料的任務(wù)一直是由自古以來，吸水材料的任務(wù)一直是由紙、紙、棉花棉花和和海綿海綿以及后來的以及后來的泡沫塑料泡沫塑料等材料所承擔(dān)等材料所承擔(dān)的。但這些材料的吸水能力通常很低，所吸水的。但這些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為自身重量的量最多僅為自身重量的20倍左右，而且一旦受倍左右，而且一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。 60年代末期，美國首先開發(fā)成功高吸水性年代末期，美國首先開發(fā)成功高吸水性樹脂。這是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并通常具有樹脂。這是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并通常具有一定交聯(lián)度的高分子材料。它不溶于水和有機(jī)一定

2、交聯(lián)度的高分子材料。它不溶于水和有機(jī)溶劑，溶劑，吸水能力可達(dá)自身重量的吸水能力可達(dá)自身重量的5002000倍，最高可達(dá)倍，最高可達(dá)5000倍倍，吸水后立即溶脹為水凝，吸水后立即溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出。膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出。吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。 由于上述的奇特性能，高吸水性樹脂引起由于上述的奇特性能，高吸水性樹脂引起了人們較大的興趣。問世了人們較大的興趣。問世 30多年來，發(fā)展極其多年來，發(fā)展極其迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如在石迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如在石油、化工、等部門中

3、被用作油、化工、等部門中被用作堵水劑堵水劑、脫水劑脫水劑、等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作外用藥膏的基材外用藥膏的基材、緩釋性藥劑緩釋性藥劑、抗血栓材料抗血栓材料等；在農(nóng)業(yè)部門中用等；在農(nóng)業(yè)部門中用作作土壤改良劑土壤改良劑等。在日常生活，用作等。在日常生活，用作吸水性抹吸水性抹布、一次性尿布、插花材料布、一次性尿布、插花材料等。等。 高吸水性樹脂是一類高分子電解質(zhì)。水中高吸水性樹脂是一類高分子電解質(zhì)。水中鹽類物質(zhì)的存在會(huì)顯著影響樹脂的吸水能力，鹽類物質(zhì)的存在會(huì)顯著影響樹脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性樹脂對(duì)樹脂對(duì)含鹽

4、液體含鹽液體（如尿液，血液、肥料水等）（如尿液，血液、肥料水等）的吸收能力，將是今后高吸水性樹脂研究工作的吸收能力，將是今后高吸水性樹脂研究工作中的一個(gè)重要課題。此外，對(duì)高吸水性樹脂吸中的一個(gè)重要課題。此外，對(duì)高吸水性樹脂吸水機(jī)理的理論研究工作也將進(jìn)一步開展，以指水機(jī)理的理論研究工作也將進(jìn)一步開展，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。2 高吸水性樹脂的類型和制備方法高吸水性樹脂的類型和制備方法1.1 高吸水性樹脂的類型高吸水性樹脂的類型 根據(jù)原料來源、親水基團(tuán)引入方法、交聯(lián)根據(jù)原料來源、親水基團(tuán)引入方法、交聯(lián)方法、產(chǎn)品形狀等的不同，高吸水性樹脂可有方

5、法、產(chǎn)品形狀等的不同，高吸水性樹脂可有多種分類方法，多種分類方法，如表如表71所示所示。其中以原料來。其中以原料來源這一分類方法最為常用。按這種方法分類，源這一分類方法最為常用。按這種方法分類，高吸水性樹脂主要可分為高吸水性樹脂主要可分為淀粉類淀粉類、纖維素類纖維素類和和合成聚合物類合成聚合物類三大類。下面分別介紹之。三大類。下面分別介紹之。表表71 高吸水性樹脂分類高吸水性樹脂分類分分 類類 方方 法法類類 別別按原料來源分類按原料來源分類 淀粉類；淀粉類； 纖維素類；纖維素類； 合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系；合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系； 聚乙烯醇系；聚乙烯醇系； 聚氧乙烯系等。聚氧乙烯系等。

6、按親水基團(tuán)引入方式分類按親水基團(tuán)引入方式分類 親水單體直接聚合；親水單體直接聚合； 疏水性單體羧甲基化；疏水性單體羧甲基化； 疏水性聚合物用親水單體接枝；疏水性聚合物用親水單體接枝； 腈基、酯基水解。腈基、酯基水解。按交聯(lián)方法分類按交聯(lián)方法分類 用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)； 自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)； 輻射交聯(lián)；輻射交聯(lián)； 在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)?；蚪Y(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類按產(chǎn)品形狀分類 粉末狀；粉末狀； 顆粒狀；顆粒狀； 薄片狀；薄片狀； 纖維狀。纖維狀。1.1.1 淀粉類淀粉類 淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式。一淀粉類

7、高吸水性樹脂主要有兩種形式。一種是種是淀粉與丙烯腈淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功；另一類是部北方研究中心開發(fā)成功；另一類是淀粉與親淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋化成公司首開先河的?；晒臼组_先河的。 淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)是原料來淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)是原料來源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都在千倍以源豐富，產(chǎn)品吸水倍率

8、較高，通常都在千倍以上。缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)期保水性上。缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)期保水性差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。水、保水作用。1.1.2 纖維素類纖維素類 纖維素改性高吸水性樹脂也有兩種形式。纖維素改性高吸水性樹脂也有兩種形式。一種是一種是纖維素與一氯醋酸纖維素與一氯醋酸反應(yīng)引入羧甲基后用反應(yīng)引入羧甲基后用交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；另一種是由交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；另一種是由纖維素與纖維素與親水性單體接枝共聚產(chǎn)物親水性單體接枝共聚產(chǎn)物。 纖維素改性高吸水性樹脂的吸水倍率較纖維素改性高吸水性樹脂的吸水倍率較低，同時(shí)亦存在易受

9、細(xì)菌的分解失去吸水、保低，同時(shí)亦存在易受細(xì)菌的分解失去吸水、保水能力的缺點(diǎn)。水能力的缺點(diǎn)。1.1.3 合成聚合物類合成聚合物類 合成高吸水性樹脂目前主要有四種類型：合成高吸水性樹脂目前主要有四種類型：（1）聚丙烯酸鹽類）聚丙烯酸鹽類 這是目前生產(chǎn)最多的一類合成高吸水性樹這是目前生產(chǎn)最多的一類合成高吸水性樹脂，由丙烯酸或其鹽類與具有二官能度的單體脂，由丙烯酸或其鹽類與具有二官能度的單體共聚而成。制備方法有溶液聚合后干燥粉碎和共聚而成。制備方法有溶液聚合后干燥粉碎和懸浮聚合兩種。這類產(chǎn)品吸水倍率較高，一般懸浮聚合兩種。這類產(chǎn)品吸水倍率較高，一般均在千倍以上。均在千倍以上。（2）聚丙烯腈水解物）聚丙

10、烯腈水解物 將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在5001000倍左右。倍左右。（3）醋酸乙烯酯共聚物）醋酸乙烯酯共聚物 將將醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯與與丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物用堿水解后得到后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽

11、的乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸水性樹酯。這類樹脂在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)水性樹酯。這類樹脂在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用范圍較廣。度，適用范圍較廣。（4）改性聚乙烯醇類）改性聚乙烯醇類 這類高吸水性樹脂由這類高吸水性樹脂由聚乙烯醇與環(huán)狀酸酐聚乙烯醇與環(huán)狀酸酐反應(yīng)而成，不需外加交聯(lián)劑即可成為不溶于水反應(yīng)而成，不需外加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的產(chǎn)物。這類樹脂由日本可樂麗公司首先開發(fā)的產(chǎn)物。這類樹脂由日本可樂麗公司首先開發(fā)成功，吸水倍率為成功，吸水倍率為150400倍，雖吸水能力較倍，雖吸水能力較低，但初期吸水速度較快，耐熱性和保水性

12、都低，但初期吸水速度較快，耐熱性和保水性都較好，故是一類適用面較廣的高吸水性樹脂。較好，故是一類適用面較廣的高吸水性樹脂。1.2 高吸水性樹脂的制備方法高吸水性樹脂的制備方法1.2.1 淀粉類高吸水性樹脂的制備方法淀粉類高吸水性樹脂的制備方法 美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心最早開發(fā)的淀粉美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心最早開發(fā)的淀粉類高吸水性樹脂是采用接枝合成法制備的。即類高吸水性樹脂是采用接枝合成法制備的。即先將先將丙烯腈接枝到淀粉丙烯腈接枝到淀粉等親水性天然高分子等親水性天然高分子上，再上，再加入強(qiáng)堿使氰基水解成羧酸鹽和酰胺基加入強(qiáng)堿使氰基水解成羧酸鹽和酰胺基團(tuán)團(tuán)。這種接枝化反應(yīng)通常采用四價(jià)鈰作引發(fā)。這種接

13、枝化反應(yīng)通常采用四價(jià)鈰作引發(fā)劑，反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行。劑，反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行。 丙烯腈的接枝率與支鏈分子量對(duì)最終產(chǎn)品丙烯腈的接枝率與支鏈分子量對(duì)最終產(chǎn)品吸水能力有極大影響。例如，使用未膠化的粒吸水能力有極大影響。例如，使用未膠化的粒狀淀粉進(jìn)行接枝反應(yīng)所得支鏈的狀淀粉進(jìn)行接枝反應(yīng)所得支鏈的重均分子質(zhì)量重均分子質(zhì)量為為10萬萬，接枝頻率接枝頻率（即一個(gè)接枝支鏈所對(duì)應(yīng)的（即一個(gè)接枝支鏈所對(duì)應(yīng)的脫水葡萄糖單元數(shù)）脫水葡萄糖單元數(shù)）為為500。而使用在。而使用在70 膠膠化處理化處理30分鐘的淀粉進(jìn)行接枝，所得的分鐘的淀粉進(jìn)行接枝，所得的支鏈重支鏈重均分子質(zhì)量為均分子質(zhì)量為80萬，接枝頻率為萬，接枝頻率為

14、4000。前者吸。前者吸水能力為自重的水能力為自重的300倍，而后者則為倍，而后者則為1200倍。倍。 用該方法制得的高吸水性樹脂雖有較好的用該方法制得的高吸水性樹脂雖有較好的吸水能力，但由于反應(yīng)體系的粘度通常很大，吸水能力，但由于反應(yīng)體系的粘度通常很大，水解反應(yīng)不可能十分徹底，最終產(chǎn)品中會(huì)殘留水解反應(yīng)不可能十分徹底，最終產(chǎn)品中會(huì)殘留有毒的丙烯腈單體，故限制了它們的應(yīng)用。有毒的丙烯腈單體，故限制了它們的應(yīng)用。 日本三洋化成公司采取的改進(jìn)方法是將日本三洋化成公司采取的改進(jìn)方法是將淀淀粉和丙烯酸粉和丙烯酸在引發(fā)劑作用下進(jìn)行接枝共聚。這在引發(fā)劑作用下進(jìn)行接枝共聚。這種方法的單體轉(zhuǎn)化率較高，殘留單體僅

15、種方法的單體轉(zhuǎn)化率較高，殘留單體僅0.4以以下，而且無毒性。下，而且無毒性。 國內(nèi)的長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所采用國內(nèi)的長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所采用Co60射線輻照射線輻照玉米淀粉和土豆淀粉玉米淀粉和土豆淀粉產(chǎn)生自由基，然產(chǎn)生自由基，然后在水溶液中引發(fā)接枝丙烯酰胺，也得到了吸后在水溶液中引發(fā)接枝丙烯酰胺，也得到了吸水率達(dá)水率達(dá)2000倍的高吸水性淀粉樹脂。倍的高吸水性淀粉樹脂。 制備高吸水性樹脂的淀粉主要采用制備高吸水性樹脂的淀粉主要采用玉米淀玉米淀粉和小麥淀粉粉和小麥淀粉，也可采用，也可采用土豆、紅薯和大米的土豆、紅薯和大米的淀粉淀粉為原料，甚至有直接采用面粉為原料的。為原料，甚至有直接采用面粉為原料的。

16、 高吸水性樹脂是高分子電介質(zhì)，對(duì)含有離高吸水性樹脂是高分子電介質(zhì)，對(duì)含有離子的液體吸收能力顯著下降，因此，產(chǎn)品的凈子的液體吸收能力顯著下降，因此，產(chǎn)品的凈化程度對(duì)吸水率影響很大。通常采用滲析、醇化程度對(duì)吸水率影響很大。通常采用滲析、醇沉淀、漂洗凈化，再用堿中和處理。產(chǎn)品的最沉淀、漂洗凈化，再用堿中和處理。產(chǎn)品的最終形式隨凈化和干燥的方式而異。醇沉淀及鼓終形式隨凈化和干燥的方式而異。醇沉淀及鼓風(fēng)干燥的一般為風(fēng)干燥的一般為粒狀產(chǎn)品粒狀產(chǎn)品；滲析和酸沉淀及轉(zhuǎn)；滲析和酸沉淀及轉(zhuǎn)鼓干燥的一般制成鼓干燥的一般制成膜膜，也可加工為，也可加工為粒狀粒狀；若用；若用冷凍干燥，則可制得冷凍干燥，則可制得海綿狀產(chǎn)品

17、海綿狀產(chǎn)品。這些形式都。這些形式都有各自的獨(dú)特用途。有各自的獨(dú)特用途。1.2.2 纖維素類高吸水性樹脂的制備方法纖維素類高吸水性樹脂的制備方法 纖維素類高吸水性樹脂的制備方法是纖維素類高吸水性樹脂的制備方法是1978年由德國赫爾斯特（年由德國赫爾斯特（Holst）公司首先報(bào)道的。）公司首先報(bào)道的。 纖維素分子中含有可反應(yīng)的活性羥基，在纖維素分子中含有可反應(yīng)的活性羥基，在堿性介質(zhì)中，以多官能團(tuán)單體作為交聯(lián)劑，堿性介質(zhì)中，以多官能團(tuán)單體作為交聯(lián)劑，鹵鹵代脂肪酸（如一氯醋酸）代脂肪酸（如一氯醋酸）或其他或其他醚化劑（如環(huán)醚化劑（如環(huán)氧乙烷）氧乙烷）進(jìn)行醚化反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，可得不同進(jìn)行醚化反應(yīng)和交聯(lián)反

18、應(yīng)，可得不同吸水率的高吸水性樹脂。吸水率的高吸水性樹脂。 纖維素也可采用與其他單體進(jìn)行接枝共聚纖維素也可采用與其他單體進(jìn)行接枝共聚引入親水性基團(tuán)的方法來制取高吸水性樹脂。引入親水性基團(tuán)的方法來制取高吸水性樹脂。制備方法與淀粉類基本相同。如單體可采用制備方法與淀粉類基本相同。如單體可采用丙丙烯腈、丙烯酸及其鹽、丙烯酰胺烯腈、丙烯酸及其鹽、丙烯酰胺等，交聯(lián)劑可等，交聯(lián)劑可采用采用雙丙烯酰胺基化合物，如雙丙烯酰胺基化合物，如N, N亞甲基二亞甲基二丙烯酰胺丙烯酰胺等，引發(fā)體系則可采用等，引發(fā)體系則可采用亞鹽亞鹽過氧化過氧化氫、四價(jià)鈰鹽、黃原酸酯等氫、四價(jià)鈰鹽、黃原酸酯等，也可用，也可用射線射線輻輻射

19、引發(fā)。不同的引發(fā)方法所得的共聚物，其分射引發(fā)。不同的引發(fā)方法所得的共聚物，其分子量和支鏈數(shù)量差別很大子量和支鏈數(shù)量差別很大. 與淀粉類高吸水性樹脂相比，纖維素類的與淀粉類高吸水性樹脂相比，纖維素類的吸水能力比較低，一般為自身重量的幾百倍，吸水能力比較低，一般為自身重量的幾百倍，但是作為纖維素形態(tài)的吸水性樹脂在一些特殊但是作為纖維素形態(tài)的吸水性樹脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉類往往無法取代。例形式的用途方面，淀粉類往往無法取代。例如，與合成纖維混紡制作高吸水性織物，以改如，與合成纖維混紡制作高吸水性織物，以改善合成纖維的吸水性能。這方面的應(yīng)用顯然非善合成纖維的吸水性能。這方面的應(yīng)用顯然非纖維素

20、類莫屬。纖維素類莫屬。1.2.3 合成聚合物類高吸水性樹脂的制備方法合成聚合物類高吸水性樹脂的制備方法 合成聚合物類高吸水性樹脂目前主要有合成聚合物類高吸水性樹脂目前主要有聚聚丙烯酸鹽系和聚乙烯醇系丙烯酸鹽系和聚乙烯醇系兩大系列。根據(jù)所用兩大系列。根據(jù)所用原料、制備工藝和親水基團(tuán)引入方式的不同，原料、制備工藝和親水基團(tuán)引入方式的不同，衍生出許多品種。衍生出許多品種。（1）聚丙烯酸鹽系）聚丙烯酸鹽系 聚丙烯酸鹽系高吸水性樹脂的制備方法主聚丙烯酸鹽系高吸水性樹脂的制備方法主要采用要采用丙烯酸直接聚合皂化法、聚丙烯腈水解丙烯酸直接聚合皂化法、聚丙烯腈水解法和聚丙烯酸酯水解法法和聚丙烯酸酯水解法三種工

21、藝路線，最終產(chǎn)三種工藝路線，最終產(chǎn)品均為交聯(lián)型結(jié)構(gòu)。品均為交聯(lián)型結(jié)構(gòu)。 (a) 丙烯酸直接聚合皂化法丙烯酸直接聚合皂化法 反應(yīng)歷程如下：反應(yīng)歷程如下：CH2CHCOOH+CH2CHRCHCH2引發(fā)劑CH2CHCOOHCH2CHRCH2CHCH2CHCH2CHCOOHCH2CHRCH2CHCH2CHNaOHCOONaCOONaCH2CHCOOHCH2CHRCH2CHCH2CHCH2CHCOOHCH2CHRCH2CHCH2CHCOONaCOONa 丙烯酸在聚合過程中由于氫鍵作用十分強(qiáng)丙烯酸在聚合過程中由于氫鍵作用十分強(qiáng)烈，自動(dòng)加速效應(yīng)嚴(yán)重。因此，反應(yīng)后期極易烈，自動(dòng)加速效應(yīng)嚴(yán)重。因此，反應(yīng)后期極易

22、發(fā)生疑膠。故在工藝上常采用發(fā)生疑膠。故在工藝上常采用丙烯酸鈉與二烯丙烯酸鈉與二烯類單體類單體直接共聚的方法來解決聚合上的困難。直接共聚的方法來解決聚合上的困難。 丙烯酸及其鹽類是水溶性單體，若欲制得丙烯酸及其鹽類是水溶性單體，若欲制得顆粒狀的高吸水性樹脂，常采用有機(jī)溶劑逆向顆粒狀的高吸水性樹脂，常采用有機(jī)溶劑逆向懸浮聚合工藝。懸浮聚合工藝。 (b) 聚丙烯腈水解法聚丙烯腈水解法 將聚丙烯腈用堿水解，再用將聚丙烯腈用堿水解，再用甲醛、氫氧化甲醛、氫氧化鋁鋁等交聯(lián)劑交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子，也是制備高等交聯(lián)劑交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子，也是制備高吸水性樹脂的有效方法之一。這種方法較適用吸水性樹脂的有效方法之一。

23、這種方法較適用于腈綸廢絲的回收利用。于腈綸廢絲的回收利用。 如用氫氧化鋁交聯(lián)腈綸廢絲的皂化產(chǎn)物，如用氫氧化鋁交聯(lián)腈綸廢絲的皂化產(chǎn)物，最終產(chǎn)品的吸水率為自身重量的最終產(chǎn)品的吸水率為自身重量的700倍。反應(yīng)倍。反應(yīng)歷程如下：歷程如下： (c) 聚丙烯酸酯水解法聚丙烯酸酯水解法 通過通過聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯的水解引入親水性基團(tuán)是的水解引入親水性基團(tuán)是目前制備聚丙烯酸鹽系高吸水性樹脂最常用的目前制備聚丙烯酸鹽系高吸水性樹脂最常用的方法。這是因?yàn)楸┧狨テ贩N多樣，自聚、共方法。這是因?yàn)楸┧狨テ贩N多樣，自聚、共聚性能都十分好，可根據(jù)不同聚合工藝制備不聚性能都十分好，可根據(jù)不同聚合工藝制備不同外形的樹脂。

24、用堿水解后，根據(jù)水解程度的同外形的樹脂。用堿水解后，根據(jù)水解程度的不同，就可得到粉末狀、顆粒狀甚至薄膜狀的不同，就可得到粉末狀、顆粒狀甚至薄膜狀的吸水能力各異的高吸水性樹脂。吸水能力各異的高吸水性樹脂。 最常用的是將最常用的是將丙烯酸酯與二烯類單體丙烯酸酯與二烯類單體在分在分散劑存在下進(jìn)行懸浮聚合，再用堿進(jìn)行部分水散劑存在下進(jìn)行懸浮聚合，再用堿進(jìn)行部分水解的方法。產(chǎn)物的吸水率為解的方法。產(chǎn)物的吸水率為3001000倍。倍。 用用醋酸乙烯與丙烯酸酯醋酸乙烯與丙烯酸酯共聚后水解，可得共聚后水解，可得性能更好的高吸水性樹脂。如用醋酸乙烯與丙性能更好的高吸水性樹脂。如用醋酸乙烯與丙烯酸甲酯共聚后用堿皂

25、化，產(chǎn)物在高吸水狀態(tài)烯酸甲酯共聚后用堿皂化，產(chǎn)物在高吸水狀態(tài)下仍具有較高強(qiáng)度，對(duì)光和熱的穩(wěn)定性良好，下仍具有較高強(qiáng)度，對(duì)光和熱的穩(wěn)定性良好，且具有優(yōu)良的保水性。且具有優(yōu)良的保水性。（2）聚乙烯醇系）聚乙烯醇系 聚乙烯醇是一種水溶性高分子，分子中存聚乙烯醇是一種水溶性高分子，分子中存在大量活性羥基，用一定方法使其交聯(lián)，并引在大量活性羥基，用一定方法使其交聯(lián)，并引入電離性基團(tuán)，可獲得高吸水性的交聯(lián)產(chǎn)物。入電離性基團(tuán)，可獲得高吸水性的交聯(lián)產(chǎn)物。所用的交聯(lián)劑有所用的交聯(lián)劑有順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、雙丙烯酰胺脂肪酸酐、雙丙烯酰胺脂肪酸等。這些交聯(lián)劑在起交等。這些交聯(lián)劑在起交聯(lián)

26、作用的同時(shí)，引入了電離性基團(tuán)，起到了一聯(lián)作用的同時(shí)，引入了電離性基團(tuán)，起到了一舉兩得的效果。根據(jù)交聯(lián)劑的不同，吸水率一舉兩得的效果。根據(jù)交聯(lián)劑的不同，吸水率一般為自身重量的般為自身重量的7001500倍。倍。 例如，用順丁烯二酸酐交聯(lián)聚乙烯醇的反例如，用順丁烯二酸酐交聯(lián)聚乙烯醇的反應(yīng)歷程如下：應(yīng)歷程如下：3 高吸水性樹脂的吸水機(jī)理高吸水性樹脂的吸水機(jī)理3.1 化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)對(duì)吸水性能的影響化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)對(duì)吸水性能的影響 高吸水性樹脂可吸收相當(dāng)于自身重量幾百高吸水性樹脂可吸收相當(dāng)于自身重量幾百倍到幾千倍的水，是目前所有吸水劑中吸水功倍到幾千倍的水，是目前所有吸水劑中吸水功能最強(qiáng)的材料。能

27、最強(qiáng)的材料。 從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，高吸水性樹脂高吸水性樹脂是分子中含有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的交聯(lián)是分子中含有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的交聯(lián)型高分子型高分子。從直觀上理解，當(dāng)親水性基團(tuán)與水。從直觀上理解，當(dāng)親水性基團(tuán)與水分子接觸時(shí)，會(huì)相互作用形成各種水合狀態(tài)。分子接觸時(shí)，會(huì)相互作用形成各種水合狀態(tài)。 水分子與親水性基團(tuán)中的金屬離子形成配水分子與親水性基團(tuán)中的金屬離子形成配位水合，與電負(fù)性很強(qiáng)的氧原子形成氫鍵等。位水合，與電負(fù)性很強(qiáng)的氧原子形成氫鍵等。高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)因疏水作用而易高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)因疏水作用而易于斥向網(wǎng)格內(nèi)側(cè)，形成局部不溶性的微粒狀結(jié)

28、于斥向網(wǎng)格內(nèi)側(cè)，形成局部不溶性的微粒狀結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入網(wǎng)格的水分子由于極性作用而局部構(gòu)，使進(jìn)入網(wǎng)格的水分子由于極性作用而局部?jī)鼋Y(jié)，失去活動(dòng)性，形成凍結(jié)，失去活動(dòng)性，形成“偽冰偽冰”（False ice）結(jié)構(gòu)。親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的這些作用，結(jié)構(gòu)。親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的這些作用，顯然都為高吸水性樹脂的吸水性能作了貢獻(xiàn)。顯然都為高吸水性樹脂的吸水性能作了貢獻(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)證明，由于親水性水合作用而吸附在實(shí)驗(yàn)證明，由于親水性水合作用而吸附在高吸水性樹脂中親水基團(tuán)周圍的水分子層厚度高吸水性樹脂中親水基團(tuán)周圍的水分子層厚度約為約為5101061010 m，相當(dāng)于，相當(dāng)于 23個(gè)水個(gè)水分子的厚度。研究認(rèn)為，分子

29、的厚度。研究認(rèn)為，第一層第一層水分子是由親水分子是由親水性基團(tuán)與水分子形成了配位鍵或氫鍵的水合水性基團(tuán)與水分子形成了配位鍵或氫鍵的水合水，水，第二、三層第二、三層則是水分子與水合水形成的氫則是水分子與水合水形成的氫鍵結(jié)合層。再往外，親水性基團(tuán)對(duì)水分子的作鍵結(jié)合層。再往外，親水性基團(tuán)對(duì)水分子的作用力已很微弱，水分子不再受到束縛。用力已很微弱，水分子不再受到束縛。 按這種結(jié)構(gòu)計(jì)算，每克高吸水性樹脂所吸按這種結(jié)構(gòu)計(jì)算，每克高吸水性樹脂所吸收的水合水的重量約為收的水合水的重量約為68 g，加上疏水性基，加上疏水性基團(tuán)所凍結(jié)的水分子，也不過團(tuán)所凍結(jié)的水分子，也不過15 g左右。這個(gè)數(shù)左右。這個(gè)數(shù)字，與高

30、吸水性樹脂的吸水量相比，相差字，與高吸水性樹脂的吸水量相比，相差12個(gè)數(shù)量級(jí)，而與棉花、海綿等的吸水量相當(dāng)。個(gè)數(shù)量級(jí)，而與棉花、海綿等的吸水量相當(dāng)。顯然，還有更重要的結(jié)構(gòu)因素在影響著樹脂的顯然，還有更重要的結(jié)構(gòu)因素在影響著樹脂的吸水能力。吸水能力。 研究發(fā)現(xiàn)，高吸水性樹脂中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)研究發(fā)現(xiàn)，高吸水性樹脂中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)吸水性有很大的影響。未經(jīng)交聯(lián)的樹脂基本上吸水性有很大的影響。未經(jīng)交聯(lián)的樹脂基本上沒有吸水功能。沒有吸水功能。而少量交聯(lián)后，吸水率則會(huì)成而少量交聯(lián)后，吸水率則會(huì)成百上千倍地增加。百上千倍地增加。但隨著交聯(lián)密度的增加，吸但隨著交聯(lián)密度的增加，吸水率反而下降。圖水率反而下降。圖71為

31、交聯(lián)劑聚乙二醇雙丙為交聯(lián)劑聚乙二醇雙丙烯酸鹽（烯酸鹽（PAGDA）對(duì)聚丙烯酸鈉系高吸水性）對(duì)聚丙烯酸鈉系高吸水性樹脂吸水能力的影響。樹脂吸水能力的影響。 由圖中可見，當(dāng)交聯(lián)劑用量從由圖中可見，當(dāng)交聯(lián)劑用量從0.02 g增至增至0.4 g時(shí)，聚合物的吸水能力下降時(shí)，聚合物的吸水能力下降60以上。另以上。另外，從淀粉與丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸外，從淀粉與丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸水能力變化來看，隨聚丙烯腈用量和平均分子水能力變化來看，隨聚丙烯腈用量和平均分子量的增大，吸水量也隨之增加（見圖量的增大，吸水量也隨之增加（見圖72）。）。這些例子都證明，這些例子都證明，適當(dāng)增大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于適當(dāng)

32、增大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于吸水能力的提高吸水能力的提高。圖圖71 交聯(lián)劑用量對(duì)吸水能力的影響交聯(lián)劑用量對(duì)吸水能力的影響圖圖72 AN含量對(duì)吸水能力的影響含量對(duì)吸水能力的影響 由此可見，被高吸水性樹脂吸收的水主要由此可見，被高吸水性樹脂吸收的水主要是被束縛在高分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。據(jù)測(cè)定，當(dāng)是被束縛在高分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。據(jù)測(cè)定，當(dāng)網(wǎng)格的有效鏈長(zhǎng)為網(wǎng)格的有效鏈長(zhǎng)為109108m時(shí)，樹脂具有時(shí)，樹脂具有最大的吸水性。最大的吸水性。網(wǎng)格太小，水分子不易滲入，網(wǎng)格太小，水分子不易滲入，網(wǎng)格太大，則不具備保水性網(wǎng)格太大，則不具備保水性。此外，。此外，樹脂中親樹脂中親水性基團(tuán)的存在也是必不可少的條件水性基團(tuán)的存在也是

33、必不可少的條件，親水性，親水性基團(tuán)吸附水分子，并促使水分子向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)基團(tuán)吸附水分子，并促使水分子向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透。部的滲透。 因?yàn)樵谄胀ㄋ?，水分子是以氫鍵形式互因?yàn)樵谄胀ㄋ?，水分子是以氫鍵形式互相連結(jié)在一起的，運(yùn)動(dòng)受到一定限制。而相連結(jié)在一起的，運(yùn)動(dòng)受到一定限制。而在親在親水性基團(tuán)作用下，水分子易于擺脫氫鍵的作用水性基團(tuán)作用下，水分子易于擺脫氫鍵的作用而成為自由水分子而成為自由水分子，這就為網(wǎng)格的擴(kuò)張和向網(wǎng)，這就為網(wǎng)格的擴(kuò)張和向網(wǎng)格內(nèi)部的滲透創(chuàng)造了條件。格內(nèi)部的滲透創(chuàng)造了條件。 水分子進(jìn)入高分子網(wǎng)格后，由于網(wǎng)格的彈水分子進(jìn)入高分子網(wǎng)格后，由于網(wǎng)格的彈性束縛，水分子的熱運(yùn)動(dòng)受到限制，不

34、易重新性束縛，水分子的熱運(yùn)動(dòng)受到限制，不易重新從網(wǎng)格中逸出，因此，具有良好的保水性。差從網(wǎng)格中逸出，因此，具有良好的保水性。差熱分析結(jié)果表明，吸水后的樹脂在受熱至熱分析結(jié)果表明，吸水后的樹脂在受熱至100 時(shí)，失水僅時(shí)，失水僅10左右；受熱至左右；受熱至150時(shí)，失時(shí)，失水不超過水不超過50，可見其保水性之優(yōu)良（見表，可見其保水性之優(yōu)良（見表72）。）。表表72 丙烯腈接枝淀粉的熱失水率丙烯腈接枝淀粉的熱失水率牌牌 號(hào)號(hào)100時(shí)失水率時(shí)失水率（）（）150時(shí)失水率時(shí)失水率（）（）SAN529.944.6SAN5311.139.3SAN615.4SAN6210.547.3SAN6311.649.

35、2 高吸水性樹脂吸收水后發(fā)生溶脹，形成凝高吸水性樹脂吸收水后發(fā)生溶脹，形成凝膠。在溶脹過程中，膠。在溶脹過程中，一方面，水分子力圖滲入一方面，水分子力圖滲入網(wǎng)格內(nèi)使其體積膨脹，另一方面，由于交聯(lián)高網(wǎng)格內(nèi)使其體積膨脹，另一方面，由于交聯(lián)高分子體積膨脹導(dǎo)致網(wǎng)格向三維空間擴(kuò)展，使網(wǎng)分子體積膨脹導(dǎo)致網(wǎng)格向三維空間擴(kuò)展，使網(wǎng)鍵受到應(yīng)力而產(chǎn)生彈性收縮，阻止水分子的進(jìn)鍵受到應(yīng)力而產(chǎn)生彈性收縮，阻止水分子的進(jìn)一步滲入一步滲入。當(dāng)這兩種相反的作用相互抵消時(shí)，。當(dāng)這兩種相反的作用相互抵消時(shí)，溶脹達(dá)到了平衡，吸水量達(dá)到最大。溶脹達(dá)到了平衡，吸水量達(dá)到最大。3.2 似晶格模型溶液理論和高彈性統(tǒng)計(jì)理論似晶格模型溶液理論

36、和高彈性統(tǒng)計(jì)理論 從以上的討論不難理解，如果不考慮親水從以上的討論不難理解，如果不考慮親水性基團(tuán)電解質(zhì)離子強(qiáng)度的影響，吸水率性基團(tuán)電解質(zhì)離子強(qiáng)度的影響，吸水率Q（吸（吸水后的體積與吸水前的體積之比）與樹脂的交水后的體積與吸水前的體積之比）與樹脂的交聯(lián)度和所吸水的性質(zhì)有關(guān)。它們之間的關(guān)系可聯(lián)度和所吸水的性質(zhì)有關(guān)。它們之間的關(guān)系可以從以從弗洛利弗洛利哈金斯（哈金斯（FloryHuggins）的似）的似晶格模型溶液理論晶格模型溶液理論和和高彈性統(tǒng)計(jì)理論高彈性統(tǒng)計(jì)理論導(dǎo)出。導(dǎo)出。 在溶脹過程中，體系的自由能變化由兩部在溶脹過程中，體系的自由能變化由兩部分所貢獻(xiàn)，一部分是高聚物與溶劑的混合自由分所貢獻(xiàn)，

37、一部分是高聚物與溶劑的混合自由能能Fm，另一部分是網(wǎng)格的彈性自由能，另一部分是網(wǎng)格的彈性自由能Fel。由弗洛利由弗洛利哈金斯理論知哈金斯理論知由高彈性統(tǒng)計(jì)理論則可導(dǎo)出由高彈性統(tǒng)計(jì)理論則可導(dǎo)出elmFFF（71） 2112211lnlnnnnRTFm（72） )3(21232221NkTFel（73） 上兩式中，上兩式中，R為氣體常數(shù)；為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；為絕對(duì)溫度；n1和和n2分別為體系中水和高分子的摩爾數(shù)；分別為體系中水和高分子的摩爾數(shù)；1和和2則分別為體系中水分子和高分子的體積分則分別為體系中水分子和高分子的體積分?jǐn)?shù)；數(shù)；1為哈金斯參數(shù)，表征溶劑與高分子的親為哈金斯參數(shù)，表征溶劑與高

38、分子的親和能力；和能力；N為單位體積中交聯(lián)高分子的有效鏈為單位體積中交聯(lián)高分子的有效鏈數(shù)目（相鄰兩交聯(lián)點(diǎn)之間的鏈稱為一個(gè)有效數(shù)目（相鄰兩交聯(lián)點(diǎn)之間的鏈稱為一個(gè)有效鏈），鏈），k為玻爾茲曼常數(shù)；為玻爾茲曼常數(shù)；是溶脹后與溶脹前是溶脹后與溶脹前交聯(lián)高分子各邊長(zhǎng)之比，高吸水性樹脂通常是交聯(lián)高分子各邊長(zhǎng)之比，高吸水性樹脂通常是各向同性的，故溶脹后各邊長(zhǎng)的各向同性的，故溶脹后各邊長(zhǎng)的都相等（見都相等（見圖圖73）。）。 （73） 圖圖73 各向同性交聯(lián)高分子的溶脹示意圖各向同性交聯(lián)高分子的溶脹示意圖溶脹111因此，因此，將上述關(guān)系代入式（將上述關(guān)系代入式（73），可得），可得式中，式中，2為高分子的密度

39、，是有效鏈的平均分為高分子的密度，是有效鏈的平均分子量。子量。312321)1 ( (74) ) 1(23) 33(21) 33(21322232-22celMRTNkTNkTF (75) 在吸水達(dá)到溶脹平衡時(shí)，溶脹體內(nèi)部水的在吸水達(dá)到溶脹平衡時(shí)，溶脹體內(nèi)部水的化學(xué)位與溶脹體外部水的化學(xué)位相等，即：化學(xué)位與溶脹體外部水的化學(xué)位相等，即： 對(duì)于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，鏈段數(shù)對(duì)于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，鏈段數(shù)可作無窮大處可作無窮大處理，并且，理，并且， ，因此由上式可得因此由上式可得0122111nFnFnFelm (76) )1 (1112Vn0)1ln(3121222122cMV (77) 上式中，上式中，V1 為水的摩

40、爾體積，為水的摩爾體積，2 是高吸是高吸水性樹脂在溶脹體中所占的體積，亦即吸水率水性樹脂在溶脹體中所占的體積，亦即吸水率Q的倒數(shù)：的倒數(shù)： 高吸水性樹脂的交聯(lián)度不高，較大，吸水高吸水性樹脂的交聯(lián)度不高，較大，吸水率率Q可達(dá)幾百至幾千，故可達(dá)幾百至幾千，故2很小。將式（很小。將式（77）中的）中的ln(1-2)展開，略去高次項(xiàng)，可得如下展開，略去高次項(xiàng)，可得如下近似式：近似式：12 Q(78) 其中，其中，V2為高吸水性樹脂的摩爾體積。為高吸水性樹脂的摩爾體積。 由式（由式（79）可見，高吸水性樹脂的交聯(lián)）可見，高吸水性樹脂的交聯(lián)密度較?。芏容^小（ 較大），有利于吸水率提高。較大），有利于吸水

41、率提高。所吸液體與樹脂的親和力越大（所吸液體與樹脂的親和力越大（1越?。┪叫。┪室苍酱?。這些結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。率也越大。這些結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。 )21()21(11211235VVVMQc(79) cM 上述討論僅考慮了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)樹脂吸水性上述討論僅考慮了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)樹脂吸水性的影響。實(shí)際上，的影響。實(shí)際上，高吸水性樹脂中親水性基團(tuán)高吸水性樹脂中親水性基團(tuán)的電解質(zhì)離子強(qiáng)度對(duì)樹脂的吸水能力也有決定的電解質(zhì)離子強(qiáng)度對(duì)樹脂的吸水能力也有決定性的影響性的影響。因此，討論中必須考慮這一因素。因此，討論中必須考慮這一因素。 在高吸水性樹脂的立體網(wǎng)格間，高分子電在高吸水性樹脂的立體網(wǎng)格間，高分

42、子電解質(zhì)吸引著與它成對(duì)的可動(dòng)離子和水分子。由解質(zhì)吸引著與它成對(duì)的可動(dòng)離子和水分子。由于網(wǎng)格內(nèi)外側(cè)的可動(dòng)離子濃度不同，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)于網(wǎng)格內(nèi)外側(cè)的可動(dòng)離子濃度不同，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生比外側(cè)高的滲透壓。側(cè)產(chǎn)生比外側(cè)高的滲透壓。 正是這種滲透壓升高的驅(qū)動(dòng)力作用和高分正是這種滲透壓升高的驅(qū)動(dòng)力作用和高分子電解質(zhì)與水分子之間的親和力，使聚合物產(chǎn)子電解質(zhì)與水分子之間的親和力，使聚合物產(chǎn)生了異常的吸水現(xiàn)象。另一方面，網(wǎng)格的橡膠生了異常的吸水現(xiàn)象。另一方面，網(wǎng)格的橡膠彈性則抑制吸水過程的進(jìn)行。這兩種因素的平彈性則抑制吸水過程的進(jìn)行。這兩種因素的平衡決定了樹脂的吸水能力。衡決定了樹脂的吸水能力。弗洛利（弗洛利（Flory

43、）在在大量研究的基礎(chǔ)上，對(duì)式（大量研究的基礎(chǔ)上，對(duì)式（79）進(jìn)行了如下）進(jìn)行了如下的修正：的修正：)/(/ )21()2(0c11221235VVVsViQ(710) 其中，其中，V2為高吸水性樹脂的摩爾體積；為高吸水性樹脂的摩爾體積；i/V2為單位體積樹脂中的電荷濃度；為單位體積樹脂中的電荷濃度；s為被吸液體中為被吸液體中電解質(zhì)的離子強(qiáng)度；電解質(zhì)的離子強(qiáng)度；Vc為有效網(wǎng)格的摩爾體為有效網(wǎng)格的摩爾體積；積；V0為體系的總體積。為體系的總體積。 不難看出，式（不難看出，式（710）中的第一項(xiàng)的物理）中的第一項(xiàng)的物理意義為意義為電解質(zhì)離子強(qiáng)度的影響電解質(zhì)離子強(qiáng)度的影響，第二項(xiàng)表示，第二項(xiàng)表示樹樹脂

44、與水的親和力脂與水的親和力，分母的交聯(lián)密度則決定了，分母的交聯(lián)密度則決定了網(wǎng)網(wǎng)格的橡膠彈性格的橡膠彈性。 式（式（710）能較好解釋纖維素類和合成樹）能較好解釋纖維素類和合成樹脂類具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高吸水性樹脂的吸水性，脂類具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高吸水性樹脂的吸水性，但尚不能解釋部分并不交聯(lián)的淀粉類樹脂的高但尚不能解釋部分并不交聯(lián)的淀粉類樹脂的高吸水現(xiàn)象。因此對(duì)高吸水性樹脂的吸水機(jī)理，吸水現(xiàn)象。因此對(duì)高吸水性樹脂的吸水機(jī)理，還有待于進(jìn)一步的研究。還有待于進(jìn)一步的研究。4 高吸水性樹脂的基本特性及影響因素高吸水性樹脂的基本特性及影響因素4.1 高吸水性高吸水性 作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最作為高吸水

45、性樹脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的50012000倍左右，最高可達(dá)倍左右，最高可達(dá)4000倍以上，倍以上，是紙和是紙和棉花等材料吸水能力的棉花等材料吸水能力的100倍左右倍左右。 考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個(gè)，常有兩個(gè)，是是吸水率吸水率，二是，二是吸水速度吸水速度。4.1.1 吸水率吸水率 吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為物理

46、意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為g水水/g樹脂。樹脂。 影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的身的化學(xué)組成化學(xué)組成之外，還與產(chǎn)品的之外，還與產(chǎn)品的交聯(lián)度交聯(lián)度、水解水解度度和和被吸液體的性質(zhì)被吸液體的性質(zhì)等有關(guān)。等有關(guān)。（1）交聯(lián)度對(duì)吸水性的影響）交聯(lián)度對(duì)吸水性的影響 高吸水性樹脂在未經(jīng)交聯(lián)前，一般是水溶高吸水性樹脂在未經(jīng)交聯(lián)前，一般是水溶性的，不具備吸水性或吸水性很低，因此通常性的，不具備吸水性或吸水性很低，因此通常需要進(jìn)行交聯(lián)。需要進(jìn)行交聯(lián)。 但實(shí)驗(yàn)表明，交聯(lián)密度過高對(duì)吸水性并無但實(shí)驗(yàn)表明，交聯(lián)密度過高對(duì)吸水性并無好處。式（好處。式（710）也表明

47、了這一點(diǎn)。交聯(lián)密）也表明了這一點(diǎn)。交聯(lián)密度過高，度過高，一方面，網(wǎng)格太小而影響水分子的滲一方面，網(wǎng)格太小而影響水分子的滲透，另一方面，橡膠彈性的作用增大，也不利透，另一方面，橡膠彈性的作用增大，也不利于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透，因此造成吸水能力，因此造成吸水能力的降低。的降低。 如用如用三乙二醇雙丙烯酸酯（三乙二醇雙丙烯酸酯（TEGDMA）作作為交聯(lián)劑與為交聯(lián)劑與部分水解聚丙烯酸甲酯（部分水解聚丙烯酸甲酯（HPMA）反應(yīng)時(shí)，當(dāng)交聯(lián)劑用量為單體重量的反應(yīng)時(shí)，當(dāng)交聯(lián)劑用量為單體重量的0.6以下以下時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑的用量增加而增加；當(dāng)交時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑的用量增加而增加；當(dāng)交聯(lián)劑

48、用量大于聯(lián)劑用量大于1.1時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑用量的時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑用量的增加而顯著降低。對(duì)增加而顯著降低。對(duì)鹽溶液鹽溶液、合成尿合成尿、合成血合成血的吸收能力與交聯(lián)劑的關(guān)系，都遵循上述同樣的吸收能力與交聯(lián)劑的關(guān)系，都遵循上述同樣的規(guī)律（見圖的規(guī)律（見圖74、圖、圖75）。）。圖圖74 HPMA吸水率與吸水率與TEGDMA用量的關(guān)系用量的關(guān)系 圖圖75 HPMA吸液率與吸液率與TEGDMA用量的關(guān)系用量的關(guān)系 （2）水解度對(duì)吸水率的影響）水解度對(duì)吸水率的影響 高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增加而增加加而增加。但事實(shí)上，往往當(dāng)水解度高于一定。但事實(shí)上，往往

49、當(dāng)水解度高于一定數(shù)值后，吸水率反而下降。這是因?yàn)殡S著水解數(shù)值后，吸水率反而下降。這是因?yàn)殡S著水解度的增加，親水性基團(tuán)的數(shù)目固然增加，但交度的增加，親水性基團(tuán)的數(shù)目固然增加，但交聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格受到破壞，從而影響吸水性。表受到破壞，從而影響吸水性。表73表明了部表明了部分水解聚丙烯酸甲酯（分水解聚丙烯酸甲酯（HPMA）的水解度與吸）的水解度與吸水性的關(guān)系。水性的關(guān)系。表表73 HPMA的水解度與吸水率的關(guān)系的水解度與吸水率的關(guān)系水解度水解度 /2444505867808592吸水率吸水率 /(g/g)2174096857218651

50、0821100390吸液率吸液率/(g/g)0.9NaCl溶液溶液2735628490655231合成尿合成尿2032687688625326合成血合成血1930567285554627（3）被吸液的）被吸液的pH值與鹽分對(duì)吸水率的影響值與鹽分對(duì)吸水率的影響 高吸水性樹脂是高分子電解質(zhì)，水中高吸水性樹脂是高分子電解質(zhì)，水中鹽類鹽類物質(zhì)的存在和物質(zhì)的存在和pH值的變化都會(huì)顯著影響樹脂的值的變化都會(huì)顯著影響樹脂的吸水能力吸水能力。這是因?yàn)樗帷A、鹽的存在，一方。這是因?yàn)樗?、堿、鹽的存在，一方面影響親水的羧酸鹽基團(tuán)的解離，另面影響親水的羧酸鹽基團(tuán)的解離，另方面由方面由于鹽效應(yīng)而使原來在水中應(yīng)擴(kuò)張的網(wǎng)

51、格收縮，于鹽效應(yīng)而使原來在水中應(yīng)擴(kuò)張的網(wǎng)格收縮，與水分子的親和力降低，理論上反映在式與水分子的親和力降低，理論上反映在式（710）中哈金斯參數(shù)）中哈金斯參數(shù)的增大，因此吸水的增大，因此吸水率率Q降低。降低。 表表73、表、表74、圖、圖76、圖、圖77種的實(shí)種的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均反映了這種傾向。因此，將高吸水性驗(yàn)結(jié)果均反映了這種傾向。因此，將高吸水性樹脂用于吸收樹脂用于吸收尿液尿液、血液血液，以及農(nóng)業(yè)、園林部，以及農(nóng)業(yè)、園林部分用于分用于肥料水肥料水等含鹽液體時(shí)，吸收能力將大大等含鹽液體時(shí)，吸收能力將大大降低，這也是今后研究高吸水性樹脂要解決的降低，這也是今后研究高吸水性樹脂要解決的一個(gè)重要問題。一個(gè)

52、重要問題。表表74 Sanwet IM300的吸液能力的吸液能力被吸液被吸液吸液率（吸液率（g/g）去離子水去離子水700生理鹽水（生理鹽水（1.6NaCl）65羊血羊血70圖圖76 Sanwet IM1000對(duì)電解質(zhì)溶液的吸收能力對(duì)電解質(zhì)溶液的吸收能力圖圖77 pH值對(duì)值對(duì)HPMA吸水率的影響吸水率的影響 4.1.2 吸水速率吸水速率 在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形狀之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形狀所影響。一般來說，所影響。一般來說，樹脂的表面積越大，吸水樹脂的表面積越大，吸水速度也越快速度也越快。所以，

53、薄膜狀樹脂的吸水速度通。所以，薄膜狀樹脂的吸水速度通常較快，而與水接觸后易聚集成團(tuán)的粉末狀樹常較快，而與水接觸后易聚集成團(tuán)的粉末狀樹脂的吸水速度相對(duì)較慢。圖脂的吸水速度相對(duì)較慢。圖78為不同形狀的為不同形狀的Sanwet IM300的吸水速率。的吸水速率。 與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，高高吸水性樹脂的吸水速率較慢吸水性樹脂的吸水速率較慢，一般在，一般在1分種至分種至數(shù)分鐘內(nèi)吸水量達(dá)到最大。數(shù)分鐘內(nèi)吸水量達(dá)到最大。圖圖78 樹脂形狀對(duì)樹脂形狀對(duì)吸水速率的影響吸水速率的影響4.2 加壓保水性加壓保水性 與紙張、棉花和海綿等材料的物理吸水作與紙張、棉花和海綿等材料的物理吸水作用不同，高吸水性樹脂的吸水能力是由化學(xué)作用不同，高吸水性樹脂的吸水能力是由化學(xué)作用和物理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量用和物理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量的的羧基、羥基和酰氧基團(tuán)羧基、羥基和酰氧基團(tuán)與水分子之間的強(qiáng)烈與水分子之間的強(qiáng)烈范得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈范得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠