水溶法制備高吸水性丙烯酸樹脂及其成型方式

馮振堂

【摘要】高吸水性丙烯酸樹脂是一種含有強親水性基團并具有一定交聯度的功能性高分子材料。本文對高吸水性丙烯酸樹脂進行了簡單的概述，分析了高吸水性丙烯酸樹脂的吸水原理及其主要影響因素，闡明了我們公司水溶法制備高吸水性丙烯酸樹脂的實驗過程，同時說明了成型方式。

【關鍵詞】高吸水性 丙烯酸樹脂 吸水原理

1、前言

高吸水性丙烯酸樹脂是一種含有強親水性基團并具有一定交聯度的功能性高分子材料。以往使用的吸附水材料，如紙、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15～40倍，保水能力也相當差。近年來高吸水性樹脂發展很快，新開發的各種類型的高吸水性樹脂相繼出現，種類也日益增多，并且原料來源相當豐富。高吸水性丙烯酸樹脂的特性：①高吸水性，能吸收自身重量的數百倍或上千倍的無離子水。②高吸水速率，每克高吸水樹脂能在30秒內勃吸足數百克的無離子水。③高保水性，吸水后的凝膠在外加壓力下，水也不容易從中擠出來。④高膨脹性，吸水后的高吸水樹脂凝膠體體積隨即膨脹數百倍。⑤吸氨性，低交聯型聚丙烯酸鹽型高吸水性樹脂其分子結構中含有竣基陰離子，遇氨可將其吸收，有明顯的去臭作用。

2、高吸水性丙烯酸樹脂吸水原理與主要影響因素

2.1 高吸水性樹脂吸水原理。高吸水性丙烯酸樹脂一般為含有親水基團和交聯結構的高分子電解質。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯成網狀結構，從而達到整體上的緊固。與水接觸時，因為吸水樹脂上含有多個親水基團，首先進行水潤濕，然后水分子通過毛細作用及擴散作用滲透到樹脂中，鏈上的電離基團在水中電離。由于鏈上同離子之間的靜電斥力而使高分子鏈伸展溶脹。由于電中性要求，反離子不能遷移到樹脂外部，樹脂內外部溶液間的離子濃度差形成反滲透壓。水在反滲透壓的作用下進一步進入樹脂中，形成水凝膠。同時，樹脂本身的交聯網狀結構及氫鍵作用，又限制了凝膠的無限膨脹。

2.2 影響吸水的主要因素。高吸水性丙烯酸樹脂的吸水性受多種因素制約，歸納起來主要有結構因素、形態因素和外界因素三個方面。

2.2.1 結構因素。結構因素包括親水基的性質、數量、交聯劑種類和交聯密度，樹脂分子主鏈的性質等，樹脂的結構與生產原料、制備方法有關。交聯劑的影響：交聯劑用量越大，樹脂交聯密度越大，樹脂不能充分地吸水膨脹;交聯劑用量太低時，樹脂交聯不完全，部分樹脂溶解于水中而使吸水率下降。吸水力與水解度的關系：當水解度在60～85%時，吸收量較大;水解度太大，吸收量下降，其原因是隨著水解度的增加，盡管親水的羧酸基增多，但交聯劑也發生了部分水解，使交聯網絡被破壞。

2.2.2 形態因素。形態因素主要指高吸水性樹脂的主品形態。增大樹脂主品的表面，有利于在較短時間內吸收較多的水，達到較高吸水率，因而將樹脂制成多孔狀或鱗片可保證其吸水性。

2.2.3 外界因素。外界因素主要指吸收時間和吸收液的性質。隨著吸收時間的延長，水分由表面向樹脂產品內部擴散，直至達到飽和。高吸水樹脂多為高分子電解質，其吸水性受吸收液性質，特別是離子種類和濃度的制約。在純水中吸收能力最高;鹽類物質的存在，會產生同離子效應，從而顯著影響樹脂的吸收能力;遇到酸性或堿性物質，吸水能力也會降低。電解質濃度增大，樹脂的吸收能力下降。

3、實驗部分

3.1 試驗試劑與主要儀器。試驗試劑：過二硫酸鉀、N，N-亞甲基雙丙烯酞胺、可溶性淀粉、氫氧化鈉、丙烯酸、苯乙烯、去離子水等。試驗儀器：電子天平、恒溫加熱攪拌器、燒杯、實驗反應瓶、水浴、烘干箱、手糊成型板等。注意：丙烯酸樹脂類易與苯乙烯發生分解反應，故而苯乙烯作為樹脂實驗的洗滌試劑，僅用于清洗實驗反應瓶，本品毒性大規范佩戴防護用具進行操作。

3.2 實驗步驟。取35mL蒸餾水、10mL丙烯酸于100mL燒杯中，取4g氫氧化鈉用適量水溶解，逐滴緩慢滴加至丙烯酸溶液中，使其中和度為75%，加入0.24g交聯劑N，N-亞甲基雙丙烯酞胺，0.2g過硫酸鉀引發劑，不斷攪拌直至溶解完全，然后將燒杯放人65℃的恒溫水浴中，1h后停止反應，取小塊反應產品干燥后粉碎。

3.3 吸水倍率測定。本實驗采用自然過濾法，取0.2g完全干燥后的樣品，放人過量的水中，靜置8h，使樣品完全吸水，用紗布過濾出多余的水，稱重。

計算公式：Q=（W2-W1）/W1

W1為干凝膠質量（g），W2為吸水后凝膠質量（g），Q為吸水倍率（g/g）。

每克高吸水性丙烯酸樹脂能在30秒內就吸足500～600克的無離子水，即吸水倍率約為自身重量的500～600倍。

4、高吸水性樹脂成型方式

高吸水性樹脂成型方式主要有三種：模壓成型、拉擠成型、手糊成型。

4.1 模壓成型。模壓成型工藝是利用樹脂固化反應中各階段特性來實現制品成型的，即模壓料塑化、流動并充滿模腔，樹脂固化。在模壓料充滿模腔的流動過程中，不僅樹脂流動，增強材料也要隨之流動，所以模壓成型工藝的成型壓力較其他工藝方法高，屬于高壓成型。因此，它既需要能對壓力進行控制的液壓機，又需要高強度、高精度、耐高溫的金屬模具。

4.2 拉擠成型。拉擠成型技術的工藝流程可以簡要分為三個步驟：浸潤、成型、固化/冷卻。復合材料拉擠成型工藝是在牽引設備的牽引下，將連續纖維或其織物進行樹脂浸潤并通過成型模具加熱使樹脂固化。

4.3 手糊成型。手糊成型又稱手工裱糊成型、接觸成型，指在涂好脫模劑的模具上，采用手工作業，即一邊鋪設增強材料（玻璃纖維），一邊涂刷樹脂（樹脂一般采用：合成樹脂主要是環氧丙烯酸樹脂）直到所需塑料制品的厚度為止，然后通過固化和脫模而取得塑料制品的成型工藝。

5、結束語。本文對高吸水性丙烯酸樹脂進行了簡單的概述，分析了高吸水性丙烯酸樹脂的吸水原理及其主要影響因素，闡明了我們公司水溶法制備高吸水性丙烯酸樹脂的實驗過程和制備產品，本產品高吸水速率并且吸水倍率約為自身重量的500～600倍，同時說明了成型方式。旨在為同行業生產提供一些具有實際意義的指導和貢獻。

參考文獻：

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