高吸水樹脂是一種吸水能力特別強的物 質，能夠吸收自身質量的幾十甚至幾百倍的水， 吸水后，在加壓的情況下也不脫水或脫水很少， 因此，又將其稱為高保水材料。由于它既具有獨 特的吸水能力和保水能力，又具備高分子材料 的優點，從而在國民經濟多領域中得到了廣泛 的應用，從1961年美國農業部北方研究所開發 出來后，至今一直保持良好的發展勢頭[1，2]。

纖維素是合成高吸水樹脂的三大原料之 一，其來源豐富，價格低廉，本身具有很多優點， 耐鹽性好是淀粉類和合成類高吸水樹脂所不及 的，因而具有廣闊的發展前景[3]。本文采用羧甲 基纖維素鈉與丙烯酸、丙烯酰胺共聚制備高吸 水樹脂，研究了主要制備條件如反應溫度、時 間、反應物配比等對吸水樹脂吸水能力的影響。

1實驗部分 1. 1主要原料

羧甲基纖維素鈉（CMC)：化學純，北京市 東環聯合化工廠產品；丙烯酸（AA)：化學純， 北京益利精細化學品有限公司產品；丙烯酰胺 (AM)：分析純，北京益利精細化學品有限公司 產品；N，W-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM)：分析 純，軍事醫學科學院藥材供應站提供；K2S2〇8： 分析純，天津市東方化工廠產品；NaHS〇3：分

析純，北京益利精細化學品有限公司產品。

1.2實驗步驟

首先對原料進行相應的提純。丙烯酸進行 蒸餾，其它原料充分干燥處理。稱取相應質量的 丙烯酸（AA)于反應容器內，將容器置于冷水 浴中，向反應器內滴加氫氧化鈉溶液以中和丙 烯酸，待中和反應完畢，向容器內加入丙烯酰胺 (AM)、N，W-亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM)、亞 硫酸氫鈉（NaHSO3)，加水至反應體系總體積 為15OmL。其中丙烯酸與丙烯酰胺的配比為1 :1(質量比）。將反應容器置于恒溫水浴中，通 氮氣，攪拌均勻，3O min后加入K2S2O8溶液。 在氮氣保護下，反應一定時間。反應結束后，往 反應容器內加入適量乙醇沉析，用8O%乙醇水 溶液洗滌三次，抽濾，抽濾后的固體于5O "C烘 箱中干燥至恒量。

1.3 FT-IR 表征

采用MAGNA-IR型紅外光譜儀，以KBr 壓片對樣品進行測試。

1.4吸水性能測試

吸收能力用吸水倍率來量度。吸收倍率指 1 g吸水劑所吸收液體的量，單位為g/g。

吸收能力的測試方法采用濾袋法。

結果與討論

2. 1紅外光譜測試分析

產物的紅外光譜如Fig. 1所示，羧甲基纖 維素接枝丙烯酸、丙烯酰胺后的紅外譜圖與羧 甲基纖維素的紅外譜圖相比，在CMC-g-AA + AM譜圖中于3430 cm—1，3198 cm—1附近有酰 胺的峰，在2900 cm—1處有C — H的反對稱伸縮 振動，在1672 cm-1，1570 cm-1出現羰基的特征 吸收，此特征峰既不是酰胺基的特征峰，也不是 羧基的特征峰，而是兩者相互影響的結果，在 1400 cm-1出現一COONa的特征吸收峰。紅外 光譜分析證實反應生成了接枝共聚物。

吸收去離子水的能力

按正交設計，選取羧甲基纖維素用量A、單 體與羧甲基纖維素質量比B、引發劑用量C、交 聯劑用量D、反應溫度E、丙烯酸的中和度^1六 個因素進行考察，研究各種制備條件對吸水率 的影響，如Fig. 2?Fig. 7所示。

從Fig. 2可以看出，隨CMC用量的增加 吸水量下降。CMC增加，反應體系粘度增大，使 單體的碰撞減弱，聚丙烯酰胺-丙烯酸接枝鏈變 短，不利于高分子網絡的形成。

如Fig. 3所示，隨單體/CMC的增大，吸水 倍率增大。這是因為隨單體/CMC的增大，單體 濃度增大，接枝共聚物反應加快，CMC上活性 自由基有足夠的單體可進行反應，接枝反應更 加充分，而且聚合反應進行到一定階段，樹脂的 三維網絡形成，單體、自由基被初期形成的網絡 所包圍，流動性減弱。自由基相互碰撞的幾率減 小，因而接枝支鏈分子量有所增加。另外，CMC 比例的增加，相應地提高了 CMC在接枝共聚 物中的百分含量。而從吸水能力來看，CMC的 吸水能力要比聚丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的吸 水能力小得多，因而隨CMC用量的增加，吸收 能力有所下降。隨單體的增加，接枝共聚物中聚 丙烯酰胺-丙烯酸的含量相應增加，所以吸水能 力也相應有所提高。

度快，從而導致交聯度增加，吸水率降低，而且， 引發劑濃度加大，反應溶液粘度上升很快，極易 出現爬桿現象，使反應無法進行，得不到高吸水 材料。若引發劑用量較小，在CMC上產生的接 枝點較小，不利于形成吸水網絡，而且反應速度 相對較慢，自交聯程度小，樹脂可溶性增加，吸 水率降低。可見引發劑用量的大小可能會直接 影響到交聯度的大小，從而影響吸水率。

Fig. 6 The curve of temperature vs absorbent ability(G) 從Fig. 5中可知，在試驗所用的交聯劑用 量范圍內，樹脂的吸水率隨交聯劑用量的增加 而迅速減小，這是因為N，N^-亞甲基雙丙烯酰 胺交聯劑反應活性高，微量的交聯劑己能很好 地進行交聯反應而形成體型網狀結構。交聯劑 的用量增大使聚合物離子網狀結構中交聯點增 多，交聯點間的距離變小，交聯密度增大，即樹 脂的溶脹度變小，所能容納的液體量減小。交聯 劑用量少時，聚合物交聯密度低，形成稀疏的三 維網絡，易于水的進入。

如Fig. 6所示，反應溫度對吸水率影響不 大。反應溫度低，形成的自由基少，反應速率較 慢，形成的聚合物三維網絡缺陷多；溫度過高 時，聚合反應過快，聚合反應初期就形成了較密 的三維交聯網絡，作為單體溶劑的水被樹脂吸 附，剩余單體的流動性減小，影響聚合反應均勻 進行。圖中可見，在40 C?60 C范圍內樹脂的 吸水率變化不大，考慮到氧化還原引發體系，選 擇反應溫度在40 C左右較合適。

Fig. 7 The curve of neutralization degree vs ab¬sorbent ability(G)

如Fig. 7所示，丙烯酸的中和度對吸水能 力影響較大。從圖中可以看出，中和度在60% ?70%范圍內的產物吸水性能是最好的。這是 因為丙烯酸活性很高，其聚合速度快。中和度較 低時，酸度高，丙烯酸單體反應活性大，分子碰 撞加劇，聚合速度加快，除了加入的交聯劑迅速 發生交聯之外，自身也發生交聯反應（自交聯）， 從而形成高度交聯的聚合物，致使吸水率較低。 另外，中和度低時，CMC被酸解而破壞接枝。中 和度增加時，一方面減緩了反應速度，另一方面 增加了強親水性的羧酸鈉基團，使交聯網絡內 側的滲透壓增高，吸水率提高。但是，中和度過 高時，單體反應活性較弱，反應速度下降，自交 聯程度低，因此吸水率也下降。

經過分析，最終確定制備高吸水樹脂的工 藝條件為：于150 mL反應體系中，CMC用量 為1 g，單體與CMC的比例為8: 1，引發劑用 量為CMC用量的2%，交聯劑用量為單體用量 的0. 2%，溫度為40 C，中和度為60%。在此條 件下制備的高吸水樹脂吸收蒸餾水的量高達 900 倍。