第三章高吸附樹脂課件

3.1概述自古以來，吸水材料的任務(wù)一直是由紙、棉花和海綿以及后來的泡沫塑料等材料所承擔(dān)的。但這些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為自身重量的20倍左右，而且一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。3.1概述1

60年代末期，美國(guó)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)并通常具有一定交聯(lián)度的高分子材料。它不溶于水和有機(jī)溶劑，吸水能力可達(dá)自身重量的500～2000倍，最高可達(dá)5000倍，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。吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。60年代末期，美國(guó)首先開發(fā)成功高吸水性樹脂。這是一種2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30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)。如在石油、化工、等部門中被用作堵水劑、脫水劑、等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料等；在農(nóng)業(yè)部門中用作土壤改良劑等。在日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。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3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，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性樹脂對(duì)含鹽液體（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，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。高吸水性樹脂是一類高分子電解質(zhì)。水中鹽類物質(zhì)43.2高吸水性樹脂的類型和制備方法3.2.1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)方法、產(chǎn)品形狀等的不同，高吸水性樹脂可有多種分類方法，如表3-1所示。其中以原料來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淀粉類、纖維素類和合成聚合物類三大類。下面分別介紹之。3.2高吸水性樹脂的類型和制備方法5表3-1高吸水性樹脂分類分類方法類別按原料來源分類淀粉類；纖維素類；合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系；聚乙烯醇系；聚氧乙烯系等。按親水基團(tuán)引入方式分類親水單體直接聚合；疏水性單體羧甲基化；疏水性聚合物用親水單體接枝；腈基、酯基水解。表3-1高吸水性樹脂分類分類方法類別按原6按交聯(lián)方法分類用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；輻射交聯(lián)；在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類粉末狀；顆粒狀；薄片狀；纖維狀。按交聯(lián)方法分類用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；按產(chǎn)品形狀分類粉末狀；71）淀粉類淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式。一種是淀粉與丙烯腈進(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(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功；另一類是淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，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。1）淀粉類82）纖維素類纖維素改性高吸水性樹脂也有兩種形式。一種是纖維素與一氯醋酸反應(yīng)引入羧甲基后用交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；另一種是由纖維素與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)。2）纖維素類93）合成聚合物類合成高吸水性樹脂目前主要有四種類型：（1）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。3）合成聚合物類10（2）聚丙烯腈水解物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)含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。（2）聚丙烯腈水解物11（3）醋酸乙烯酯共聚物將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物，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)度，適用范圍較廣。（3）醋酸乙烯酯共聚物12（4）改性聚乙烯醇類這類高吸水性樹脂由聚乙烯醇與環(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150～400倍，雖吸水能力較低，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。（4）改性聚乙烯醇類133.2.2.高吸水性樹脂的制備方法1）淀粉類高吸水性樹脂的制備方法美國(guó)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。即先將丙烯腈接枝到淀粉等親水性天然高分子上，再加入強(qiáng)堿使氰基水解成羧酸鹽和酰胺基團(tuán)。這種接枝化反應(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。3.2.2.高吸水性樹脂的制備方法1）淀粉類高吸水性樹脂的制14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，使用未膠化的粒狀淀粉進(jìn)行接枝反應(yīng)所得支鏈的重均分子質(zhì)量為10萬(wàn)，接枝頻率（即一個(gè)接枝支鏈所對(duì)應(yīng)的脫水葡萄糖單元數(shù)）為500。而使用在70℃膠化處理30分鐘的淀粉進(jìn)行接枝，所得的支鏈重均分子質(zhì)量為80萬(wàn)，接枝頻率為4000。前者吸水能力為自重的300倍，而后者則為1200倍。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15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，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。日本三洋化成公司采取的改進(jìn)方法是將淀粉和丙烯酸在引發(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0.4％以下，而且無毒性。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16國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所采用Co60—γ射線輻照玉米淀粉和土豆淀粉產(chǎn)生自由基，然后在水溶液中引發(fā)接枝丙烯酰胺，也得到了吸水率達(dá)2000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玉米淀粉和小麥淀粉，也可采用土豆、紅薯和大米的淀粉為原料，甚至有直接采用面粉為原料的。國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所采用Co60—γ射線輻照玉米17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)干燥的一般為粒狀產(chǎn)品；滲析和酸沉淀及轉(zhuǎn)鼓干燥的一般制成膜，也可加工為粒狀；若用冷凍干燥，則可制得海綿狀產(chǎn)品。這些形式都有各自的獨(dú)特用途。高吸水性樹脂是高分子電介質(zhì)，對(duì)含有離子的液體吸182）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1978年由德國(guó)赫爾斯特（Holst）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，在堿性介質(zhì)中，以多官能團(tuán)單體作為交聯(lián)劑，鹵代脂肪酸（如一氯醋酸）或其他醚化劑（如環(huán)氧乙烷）進(jìn)行醚化反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，可得不同吸水率的高吸水性樹脂。2）纖維素類高吸水性樹脂的制備方法19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。制備方法與淀粉類基本相同。如單體可采用丙烯腈、丙烯酸及其鹽、丙烯酰胺等，交聯(lián)劑可采用雙丙烯酰胺基化合物，如N,N—亞甲基二丙烯酰胺等，引發(fā)體系則可采用亞鹽—過氧化氫、四價(jià)鈰鹽、黃原酸酯等，也可用γ射線輻射引發(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.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20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，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)用顯然非纖維素類莫屬。與淀粉類高吸水性樹脂相比，纖維素類的吸水能力比213）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聚丙烯酸鹽系和聚乙烯醇系兩大系列。根據(jù)所用原料、制備工藝和親水基團(tuán)引入方式的不同，衍生出許多品種。3）合成聚合物類高吸水性樹脂的制備方法22（1）聚丙烯酸鹽系聚丙烯酸鹽系高吸水性樹脂的制備方法主要采用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三種工藝路線，最終產(chǎn)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)后期極易發(fā)生疑膠。故在工藝上常采用丙烯酸鈉與二烯類單體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。（1）聚丙烯酸鹽系丙烯酸在聚合過程中由于氫鍵作用十分23反應(yīng)歷程如下：反應(yīng)歷程如下：24(b)聚丙烯腈水解法將聚丙烯腈用堿水解，再用甲醛、氫氧化鋁等交聯(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，最終產(chǎn)品的吸水率為自身重量的700倍。(b)聚丙烯腈水解法25反應(yīng)歷程：反應(yīng)歷程：26(c)聚丙烯酸酯水解法通過聚丙烯酸酯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吸水能力各異的高吸水性樹脂。(c)聚丙烯酸酯水解法27最常用的是將丙烯酸酯與二烯類單體在分散劑存在下進(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300～1000倍。用醋酸乙烯與丙烯酸酯共聚后水解，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，且具有優(yōu)良的保水性。最常用的是將丙烯酸酯與二烯類單體在分散劑存在下進(jìn)行懸282）聚乙烯醇系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)劑有順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、雙丙烯酰胺脂肪酸等。這些交聯(lián)劑在起交聯(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，吸水率一般為自身重量的700～1500倍。2）聚乙烯醇系29例如，用順丁烯二酸酐交聯(lián)聚乙烯醇的反應(yīng)歷程如下：例如，用順丁烯二酸酐交聯(lián)聚乙烯醇的反應(yīng)歷程如下：303.3高吸水性樹脂的吸水機(jī)理主要從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)討論對(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。從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，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)型高分子。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)。3.3高吸水性樹脂的吸水機(jī)理31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。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)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“偽冰”（Falseice）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)。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32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約為5×10-10～6×10-10m，相當(dāng)于2～3個(gè)水分子的厚度。研究認(rèn)為，第一層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，第二、三層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)水分子的作用力已很微弱，水分子不再受到束縛。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33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6～8g，加上疏水性基團(tuán)所凍結(jié)的水分子，也不過15g左右。這個(gè)數(shù)字，與高吸水性樹脂的吸水量相比，相差1～2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吸水能力。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34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)的樹脂基本上沒有吸水功能。而少量交聯(lián)后，吸水率則會(huì)成百上千倍地增加。但隨著交聯(lián)密度的增加，吸水率反而下降。圖3-1為交聯(lián)劑聚乙二醇雙丙烯酸鹽（PAGDA）對(duì)聚丙烯酸鈉系高吸水性樹脂吸水能力的影響。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35圖3-1交聯(lián)劑用量對(duì)吸水能力的影響圖3-1交聯(lián)劑用量對(duì)吸水能力的影響36由圖中可見，當(dāng)交聯(lián)劑用量從0.02g增至0.4g時(shí)，聚合物的吸水能力下降60％以上。另外，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量的增大，吸水量也隨之增加（見圖3-2）。這些例子都證明，適當(dāng)增大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于吸水能力的提高。由圖中可見，當(dāng)交聯(lián)劑用量從0.02g增至0.4g37圖3-2AN含量對(duì)吸水能力的影響圖3-2AN含量對(duì)吸水能力的影響38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)網(wǎng)格的有效鏈長(zhǎng)為10-9～10-8m時(shí)，樹脂具有最大的吸水性。網(wǎng)格太小，水分子不易滲入，網(wǎng)格太大，則不具備保水性。此外，樹脂中親水性基團(tuán)的存在也是必不可少的條件，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)部的滲透。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39因?yàn)樵谄胀ㄋ校肿邮且詺滏I形式互相連結(jié)在一起的，運(yùn)動(dòng)受到一定限制。而在親水性基團(tuán)作用下，水分子易于擺脫氫鍵的作用而成為自由水分子，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。因?yàn)樵谄胀ㄋ校肿邮且詺滏I形式互相連結(jié)在40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，不易重新從網(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100℃時(shí)，失水僅10％左右；受熱至150℃時(shí)，失水不超過50％，可見其保水性之優(yōu)良（見表3-2）。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41表7—2丙烯腈接枝淀粉的熱失水率牌號(hào)100℃時(shí)失水率（％）150℃時(shí)失水率（％）SAN529.944.6SAN5311.139.3SAN615.4—SAN6210.547.3SAN6311.649.2表7—2丙烯腈接枝淀粉的熱失水率牌號(hào)100℃時(shí)失水42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，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)一步滲入。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。高吸水性樹脂吸收水后發(fā)生溶脹，形成凝膠。在溶脹433.4高吸水性樹脂的基本特性及影響因素3.4.1高吸水性作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的500～12000倍左右，最高可達(dá)4000倍以上，是紙和棉花等材料吸水能力的100倍左右。3.4高吸水性樹脂的基本特性及影響因素3.4.1高吸水性44考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個(gè)，—是吸水率，二是吸水速度。1.吸水率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g水/g樹脂?？疾旌捅碚鞲呶詷渲缘闹笜?biāo)通常有兩個(gè)，—是吸45影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的化學(xué)組成之外，還與產(chǎn)品的交聯(lián)度、水解度和被吸液體的性質(zhì)等有關(guān)。（1）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)。但實(shí)驗(yàn)表明，交聯(lián)密度過高對(duì)吸水性并無好處。交聯(lián)密度過高，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，也不利于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透，因此造成吸水能力的降低。影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的化學(xué)組成之外46如用三乙二醇雙丙烯酸酯（TEGDMA）作為交聯(lián)劑與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0.6％以下時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑的用量增加而增加；當(dāng)交聯(lián)劑用量大于1.1％時(shí)，吸水率隨交聯(lián)劑用量的增加而顯著降低。對(duì)鹽溶液、合成尿、合成血的吸收能力與交聯(lián)劑的關(guān)系，都遵循上述同樣的規(guī)律（見圖3-4、圖3-5）。如用三乙二醇雙丙烯酸酯（TEGDMA）作為交聯(lián)劑與47圖3-4HPMA吸水率與TEGDMA用量的關(guān)系

圖3-4HPMA吸水率與TEGDMA用量的關(guān)系48圖3-5HPMA吸液率與TEGDMA用量的關(guān)系圖3-5HPMA吸液率與TEGDMA用量的關(guān)系49（2）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加而增加。但事實(shí)上，往往當(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)格受到破壞，從而影響吸水性。表3-3表明了部分水解聚丙烯酸甲酯（HPMA）的水解度與吸水性的關(guān)系。（2）水解度對(duì)吸水率的影響50表3-3HPMA的水解度與吸水率的關(guān)系水解度/％2444505867808592吸水率/(g/g)21740968572186510821100390吸液率/(g/g)0.9％NaCl溶液2735628490655231合成尿2032687688625326合成血1930567285554627表3-3HPMA的水解度與吸水率的關(guān)系水解度/％24451（3）被吸液的pH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)，水中鹽類物質(zhì)的存在和pH值的變化都會(huì)顯著影響樹脂的吸水能力。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—方面由于鹽效應(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。（3）被吸液的pH值與鹽分對(duì)吸水率的影響52表3-3、表3-4、圖3-6、圖3-7幾種的實(shí)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尿液、血液，以及農(nóng)業(yè)、園林部分用于肥料水等含鹽液體時(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一個(gè)重要問題。表3-3、表3-4、圖3-6、圖3-7幾種的實(shí)驗(yàn)結(jié)果53表3-4SanwetIM—300的吸液能力被吸液吸液率（g/g）去離子水700生理鹽水（1.6％NaCl）65羊血70表3-4SanwetIM—300的吸液能力被吸液吸液54圖3-6SanwetIM—1000對(duì)電解質(zhì)溶液的吸收能力圖3-6SanwetIM—1000對(duì)電解質(zhì)溶液的吸收55圖3-7pH值對(duì)HPMA吸水率的影響

圖3-7pH值對(duì)HPMA吸水率的影響562.吸水速率在樹脂的化學(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所影響。一般來說，樹脂的表面積越大，吸水速度也越快。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)的粉末狀樹脂的吸水速度相對(duì)較慢。圖3-8為不同形狀的SanwetIM—300的吸水速率。2.吸水速率57與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，高吸水性樹脂的吸水速率較慢，一般在1分種至數(shù)分鐘內(nèi)吸水量達(dá)到最大。圖3-8樹脂形狀對(duì)吸水速率的影響與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，高吸水性樹脂的吸水583.4.2加壓保水性與紙張、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)作用和物理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量的羧基、羥基和酰氧基團(tuán)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。這種凝膠體的保水能力很強(qiáng)，即使在加壓下也不易擠出來。3.4.2加壓保水性59例如，將300g砂子與0.3g（0.1％）高吸水性樹脂混合，加入100g水，置于20℃、相對(duì)濕度60％的環(huán)境下，大約30天后，水才蒸發(fā)干，而如果不加高吸水性樹脂，則在同樣條件下，只需7天，水分就完全蒸發(fā)。表3-5高吸水性樹脂與棉花保水性比較吸水材料吸收液吸液率（g/g）未加壓加壓7kg/cm2棉花去離子水尿液40322.11.8HSPAN去離子水尿液8505481040