高吸水性树脂用做水晶泥的研究
由图7可知,水相中丙烯酸的浓度对吸水性树脂的吸水率有较大影响。在我们所研究的浓度内(34%--46%),丙烯酸浓度的提高将引起树脂吸水率的下降。当浓度超过43%时树脂的吸水率降低明显。这些结果表明,水相中丙烯酸的浓度的大小直接影响到树脂的交联度:浓度越高,交联度越大,吸水率就越低。实验中我们还发现,丙烯酸的浓度在35%--43%范围内,树脂的吸水率较高,在38%--43%范围内,树脂的吸水率变化不大。
表6 不同丙烯酸浓度对应树脂产品的吸水率数据
丙烯酸用量/% 34 36 162
38 44 47 52 54 110
68 101
75 92
87 75
吸水率(倍) 172
180吸水率(倍)154 138 128 116
1501209060020406080100丙烯酸用量/%
图7 丙烯酸浓度对树脂吸水率的影响曲线
(五)、反应时间对树脂吸水率的影响:
为考察反应时间对吸水速率的影响,在相同的中和度(PH=5),交联剂质量分数(0.01%),引发剂质量分数(0.1%)和加料方式下,对不同反应时间下生成的树脂的吸水率进行如下比较。
表7 不同反应时间对应的树脂产品的吸水率数据
反应时间/h 1.00 1.25 49.6
1.50 53.8
2.00 51.3
2.50 48.8
吸水率(倍) 47.5
结果表明,树脂在吸水的初始阶段吸水速率较快,随着吸水时间的增长,树脂趋于饱和,吸水速率下降。吸水后84摄氏度下树脂中的水分损失很慢,树脂的保水性能稳定。反应时间为1.5h的树脂吸水率为5376%,而反应2h
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的树脂吸水率为4879,延长反应时间可以大大提高吸水率。这可能是由于在引发剂质量分数较低(0.1%)的情况下,反应时间短,聚合物尚未完全形成三维网状结构,吸水率较低;随着反应时间的延长,聚合物逐步形成较完全的三维网状结构,吸水率上升。因此,反应时间对产物的吸水率亦有较大的影响。
六、高吸水性树脂的应用
由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有吸水量大、保水性强和清洁、卫生、安全无毒等特点, 它在很多领域已被广泛应用,其产品形态很多,不同的形态分别满足不同的用途。 (一)、日化工业中的应用
聚丙烯酸钠高吸水性树脂在日化工业中应用最为广泛,如化妆品方面,在制造护肤霜、香水和花露水等化妆品的过程中可加质量分数0.15 %~1.10 %的高吸水性树脂,既可防止香料和酒精的挥发又可保持香味持久,还能起到保水增稠、滋润皮肤的作用。由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有亲水性基团,使其在水、酒精中的溶解性好,因此用它作头发定型剂,在干燥时有耐潮性,但洗发时又具有亲水性易去除。在染发剂中加入聚丙烯酸钠高吸水性树脂,可提高染发效果;此外,高吸水性树脂还可作为增稠剂、杀菌剂来配制营养型药物型化妆品。
在留香材料方面,利用高吸水性树脂对香料有较好的吸附作用和缓慢释放作用,制成的空气新鲜胶、飘香纸和芳香凝胶片的香味持久。 (二)、在食品加工方面的应用
增稠剂聚丙烯酸钠是具有亲水基团的高分子化合物,缓慢溶于水形成极
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粘稠的透明溶液,其不像羧甲基纤维素钠和海藻酸钠那样吸水膨胀,而是由于分子内有许多亲水基团(羧基) ,使分子伸展开来,形成高粘性溶液。其粘度是羧甲基纤维素钠和海藻酸钠的20倍,长期放置粘度变化极小,不容易腐败,安全无毒,被广泛用于食品添加剂,如可以增加果汁的粘度,改善它们的外观和口感。从2000年开始,我国卫生部已经正式批准聚丙烯酸钠为食品级增稠剂。
(三)、在农林与园艺方面的应用
高吸水性树脂可用于农作物育种。将树脂凝胶涂敷在种子表面,利用其吸水保水作用, 提高种子发芽率和发芽速率,或可作为化肥缓释剂,如把固氮细菌或植物生长微量营养元素与树脂混合使用可提高作物产量。
高吸水性树脂还可用做土壤保湿剂,改良沙土地和土壤造田,这对人多地少的我国具有深远意义。在人工造林中,用聚丙烯酸钠高吸水性树脂处理种树,可提高飞机播种出苗率;在苗圃移植之前用高吸水性树脂处理幼苗根部, 可防止根部水分的遗失,提高幼苗成活率, 我国在这方面的应用尚处于实验阶段。
(四)、在医药卫生方面的应用
由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水后形成的凝胶比较柔软, 具有人体适应性, 如对人体皮肤无刺激、无副作用、不引发炎症且不引起血液凝固等, 这些都为其在医药方面的应用创造了条件。
近年来聚丙烯酸钠高吸水性树脂已初步应用于医药的各个方面, 如用于保持部分被测液的医用检验试片; 制成含水量大、使用舒适的外用软膏; 能吸收手术及外伤出血和分泌液、并可防止化脓的医用绷带和棉球; 能使水分
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和药物通过而微生物不能通过的抗感染性人造皮肤、人造骨骼、人工肌肉等; 此外,聚丙烯酸钠高吸水性树脂在隐形眼镜和缓释药物基材等制造过程中也已得到广泛应用。
(五)、在石油化工与土木建筑方面的应用
土木建筑方面, 利用高吸水性树脂的水膨润性能, 可制备水溶性密封胶、密封件、管路施工润滑剂和顶板衬垫止水板等, 达到“以水制水”的目的; 还可用于制备高强度混凝土、嵌条玻璃表面防雾剂等。更由于其超强的吸水性能,高吸水性树脂被广泛应用于石油工业中作为采油堵水剂。
此外聚丙烯酸钠高吸水性树脂还可用于人工降雪、电子材料、涂料及消防等各个领域。 七、前景展望
总之,高吸水树脂因为其高吸水性及其良好的热稳定性和保水性能使得其目前已在日常生活用品、医药卫生用品、农林园艺、土木建筑、轻工化工、石油化工等领域发挥着不可替代的作用。尤其是在我国这样一个缺水的国家,在农业及沙漠绿化方面高吸水树脂更显示出其神奇的作用,特别是我国即将举办2008年奥运会,“科技、人文、绿色”的奥运理念要求我们更加重视北方地区日益严重的沙尘暴的治理和生态环境的保护,新型功能材料高吸水性树脂作为一种生态环境材料恰恰可以在沙尘暴治理和生态环境保护方面发挥其独特的作用,因此,我们相信,高吸水树脂的应用及推广将会为人类社会的前进做出巨大的贡献。
但目前由于国内产品性能欠缺而不能应用于卫生用品方面,这方面使用的吸水剂全部依靠进口。2002年的一份调查报告显示,广东珠江三角洲一
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带的10多家拥护均使用日本某公司的产品,而进口产品的售价为2.0—2.5万元/吨,国内吸水性树脂的生产成本一般在1.2—1.5万元/吨,市场售价为1.8—2.2万元/吨。由于国内产品性能差和造价高,我国吸水剂产业处于不利的局面。因此如何改善产品性能、提高产品质量已成为亟待解决的问题。 八、参考文献
1、张会宜,《聚丙烯酸钠应用状况》载于《材料科学化工之友》,2007年第9 期。
2、张宝华、周美玲,《丙烯酸系高吸水性树脂的合成与性能》载于《上海化工》,2000年8月出版。
3、刘延伟,《国内外高吸水性树脂最新发展动向》,载于《化工信息》2000年第19、20期。
4、潘海宇,吴振刚,《高吸水性树脂吸水性能的改进》,载于《华北煤炭医学院学报》2006年7月第8卷第4期。
5、王直刚,《高吸水性树脂的合成与应用》,载于《石油化工》1996年第25期。
6、蒲敏、王海霞,《吸水性凝胶材料的研究现状与发展趋势》,载于《材料导报》1997年第43期、第44期、第45期。
7、路继美,《微波法合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂》,载于《高分子材料科学与工程》1996年四月第55期。
8、韩慧芳 , 崔英德 , 蔡立彬,《聚丙烯酸钠的合成及应用》,载于《日用化学工业》。 九、鸣 谢
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本实验项目自申报成功以来,得到了化学化工学院化学实验教学中心左晓玲老师和廖刚教授等各位老师和化学化工学院团总支姚伟宁老师的大力支持和悉心指导,我们在这里表示衷心的感谢!并对长期以来给予我们帮助和配合的同学们深表谢意!
另外,由于实验者水平有限,数据处理环节的表格和各种函数曲线图在绘制和扫描加入实验报告时不太清晰,给大家的阅读造成的不便敬请谅解!
The super-absorbent-polymer’s preparation,performance-testing
and it’s application
Abstract: Take hexamethylene as continuous phase, Span-60 as a suspension stabilizer, ammonium persulfate as the initiator , N,N ' - the methyl radical double allyl amine as thinuous appearance crosslinking agent, being in progress to high water absorption of opposition suspension polymerization preparation sodium polycrylate sex resin. That result indicates the major factor that affected the plasthetics water absorption rate is the cross-linked agent mass fraction, water absorption extremely large value appears on the water absorption rate thinking that the cross-linked mass fraction is 0.015%, and also that the water-absorption rate may reach 500g/g when the initiator quality score is 18% time obtainedresin the reflecting temperature is under the control of 75 degrees centigrade. To synthetic super absorbent resin, we can discover that the resin preliminary stage absoring water speed is quicker, and gradually drops with time
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