水溶法制备高吸水性丙烯酸树脂及其成型方式

冯振堂

【摘要】高吸水性丙烯酸树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。本文对高吸水性丙烯酸树脂进行了简单的概述，分析了高吸水性丙烯酸树脂的吸水原理及其主要影响因素，阐明了我们公司水溶法制备高吸水性丙烯酸树脂的实验过程，同时说明了成型方式。

【关键词】高吸水性 丙烯酸树脂 吸水原理

1、前言

高吸水性丙烯酸树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。以往使用的吸附水材料，如纸、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15～40倍，保水能力也相当差。近年来高吸水性树脂发展很快，新开发的各种类型的高吸水性树脂相继出现，种类也日益增多，并且原料来源相当丰富。高吸水性丙烯酸树脂的特性：①高吸水性，能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。②高吸水速率，每克高吸水树脂能在30秒内勃吸足数百克的无离子水。③高保水性，吸水后的凝胶在外加压力下，水也不容易从中挤出来。④高膨胀性，吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍。⑤吸氨性，低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有竣基阴离子，遇氨可将其吸收，有明显的去臭作用。

2、高吸水性丙烯酸树脂吸水原理与主要影响因素

2.1 高吸水性树脂吸水原理。高吸水性丙烯酸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，首先进行水润湿，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。

2.2 影响吸水的主要因素。高吸水性丙烯酸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。

2.2.1 结构因素。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;水解度太大，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。

2.2.2 形态因素。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。

2.2.3 外界因素。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，特别是离子种类和濃度的制约。在纯水中吸收能力最高;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。

3、实验部分

3.1 试验试剂与主要仪器。试验试剂：过二硫酸钾、N，N-亚甲基双丙烯酞胺、可溶性淀粉、氢氧化钠、丙烯酸、苯乙烯、去离子水等。试验仪器：电子天平、恒温加热搅拌器、烧杯、实验反应瓶、水浴、烘干箱、手糊成型板等。注意：丙烯酸树脂类易与苯乙烯发生分解反应，故而苯乙烯作为树脂实验的洗涤试剂，仅用于清洗实验反应瓶，本品毒性大规范佩戴防护用具进行操作。

3.2 实验步骤。取35mL蒸馏水、10mL丙烯酸于100mL烧杯中，取4g氢氧化钠用适量水溶解，逐滴缓慢滴加至丙烯酸溶液中，使其中和度为75%，加入0.24g交联剂N，N-亚甲基双丙烯酞胺，0.2g过硫酸钾引发剂，不断搅拌直至溶解完全，然后将烧杯放人65℃的恒温水浴中，1h后停止反应，取小块反应产品干燥后粉碎。

3.3 吸水倍率测定。本实验采用自然过滤法，取0.2g完全干燥后的样品，放人过量的水中，静置8h，使样品完全吸水，用纱布过滤出多余的水，称重。

计算公式：Q=（W2-W1）/W1

W1为干凝胶质量（g），W2为吸水后凝胶质量（g），Q为吸水倍率（g/g）。

每克高吸水性丙烯酸树脂能在30秒内就吸足500～600克的无离子水，即吸水倍率约为自身重量的500～600倍。

4、高吸水性树脂成型方式

高吸水性树脂成型方式主要有三种：模压成型、拉挤成型、手糊成型。

4.1 模压成型。模压成型工艺是利用树脂固化反应中各阶段特性来实现制品成型的，即模压料塑化、流动并充满模腔，树脂固化。在模压料充满模腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他工艺方法高，属于高压成型。因此，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。

4.2 拉挤成型。拉挤成型技术的工艺流程可以简要分为三个步骤：浸润、成型、固化/冷却。复合材料拉挤成型工艺是在牵引设备的牵引下，将连续纤维或其织物进行树脂浸润并通过成型模具加热使树脂固化。

4.3 手糊成型。手糊成型又称手工裱糊成型、接触成型，指在涂好脱模剂的模具上，采用手工作业，即一边铺设增强材料（玻璃纤维），一边涂刷树脂（树脂一般采用：合成树脂主要是环氧丙烯酸树脂）直到所需塑料制品的厚度为止，然后通过固化和脱模而取得塑料制品的成型工艺。

5、结束语。本文对高吸水性丙烯酸树脂进行了简单的概述，分析了高吸水性丙烯酸树脂的吸水原理及其主要影响因素，阐明了我们公司水溶法制备高吸水性丙烯酸树脂的实验过程和制备产品，本产品高吸水速率并且吸水倍率约为自身重量的500～600倍，同时说明了成型方式。旨在为同行业生产提供一些具有实际意义的指导和贡献。

参考文献：

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