高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析

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1、专业技能综合实训报告学院：化学与材料工程学院班级：材料高分子091班2011—2012学年第二学期学号150409113姓名高飞指导教师朱亚辉实训项目名称高吸水性树脂——聚丙烯酸钠的合成与性能分析地点敬行楼高分子化学实验室时间实训目的与要求：1、了解高吸水性树脂的基本功能及其用途。2、了解合成聚合物类高吸水性树脂制备的基本方法。3、探讨高吸水性树脂吸水倍率。实训方案设计及原理：高吸水树脂的吸水原理：高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，因为吸水树脂上含有多个亲水基团，故首先进行水润

2、湿，然后水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。高吸水树脂的吸水性受多种因素制约，归纳起来主要有结构因素、形态因素和外界因素三个方面。结构因素包括亲水基的性质、数量、交联剂种类和交联密度，树脂分子主链的性质等，树脂的结构与生产原料、制备方法有关。交联剂的影响：交联剂用量越大，树脂交联密度越大，树脂不能充分地吸水膨

3、胀；交联剂用量太低时，树脂交联不完全，部分树脂溶解于水中而使吸水率下降。吸水力与水解度的关系：当水解度在60~85%时，吸收量较大；水解度大于时，吸收量下降，其原因是随着水解度的增加，尽管亲水的羧酸基增多，但交联剂也发生了部分水解，使交联网络被破坏。形态因素主要指高吸水性树脂的主品形态。增大树脂主品的表面，有利于在较短时间内吸收较多的水，达到较高吸水率，因而将树脂制成多孔状或鳞片可保证其吸水性。5外界因素主要指吸收时间和吸收液的性质。随着吸收时间的延长，水分由表面向树脂产品内部扩散，直至达到饱和。高吸水树脂多为高分子电解质。其吸水性受吸收液性质，特别是离子种类和浓度的制约。在纯水中吸

4、收能力最高；盐类物质的存在，会产生同离子效应，从而显著影响树脂的吸收能力；遇到酸性或碱性物质，吸水能力也会降低。电解质浓度增大，树脂的吸收能力下降。对于二盐离子如，除盐效应外，还可能在树脂的大分子之间羧基上产生交联，阻碍树脂凝胶的溶胀作用，从而影响吸水能力，因而二价金属离子对树脂吸水性的降低将更为显著。本实验以丙烯酸为聚合单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸钾为引发剂聚合。实训器材药品：（用量）丙烯酸（AA）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）、过硫酸钾（K2S2O8）、试验用纯净水,NaOH溶液、丙烯酰胺（AM）。仪器：（使用条件）容量瓶：250mL、500mL、100

5、0mL；移液管：1mL、5mL、10mL；量筒：5mL、20mL；烧杯：100mL、250mL、500ml；表面皿、玻璃棒、天平（或电子天平）、烘箱实训过程：（包括主要步骤、实验分析等，可用流程、框图表示）（一）、流程图：丙烯酸中和反应混合溶液聚合反应干燥剪切干燥产品NaOH水交联剂引发剂（二）、实验步骤1.、取20g丙烯酸于100ml烧杯中，逐渐加入40%NaOH溶液,使其中和度为60%~80%；2、加入0.24g交联剂N,N-二甲基双丙烯酸胺,0.03g的过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全；53、置于三颈烧瓶中，控制温度65℃进行反应,1h后停止搅拌；4.、将溶液倒入大面积的玻

6、璃培养皿中,然后将其放入温度为80℃烘箱中进行干燥,待烘烤至成型并且不再粘手时取出，用剪刀将产品剪成小块，并将剪好的小块放在表面皿上继续放入烘箱烘烤约为3~5h，直至产品完全干燥。5、将烘干后的产品称取一定量放入500ml烧杯中进行吸水倍率及弹性的测定。关键技术分析：（注意事项）1、加NaOH溶液中和时，需慢慢加入，并快速搅拌。2、聚合反应控制在65度左右，不能太高，以防暴聚。3、树脂需剪成尽量小块，使其充分烘干，从而不影响吸水倍率的测定。数据处理：实训现象：结果讨论：（设计方案，具体实验）5实训总结：学生签名：年月日参考资料：5评语与成绩：教师签名：年月日填写说明：1．表格不够填写

7、，可抬高，增加页数。2．签名、日期必须手写。5