摘 要

近年来，高吸水树脂（凝胶）因其优良的性能：形态稳定，溶胀性好，较好的保水性能，以及优良的三维网状结构等等，被广泛应用于各个领域，如生物卫生产品，污水处理，农业，园林，重金属吸附等等。

本论文主要研究内容与结果如下：

以可溶性淀粉，丙烯酸和极少量水性聚氨酯为反应原料，交联剂用的是N’N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），引发剂用的是过硫酸铵，反应采用的是水溶液聚合的方法，制备淀粉/丙烯酸/聚氨酯高吸水性树脂。通过单因素法考察了中和度、淀粉与丙烯酸质量比、原料浓度等因素对高吸水凝胶溶胀倍率，在盐水中的溶胀倍率的影响。探讨了不同温度下高吸水凝胶的保水性能，得出了随着温度的提高凝胶的保水性能下降，但是还是具有良好的保水能力。还探究了水性聚氨酯对高吸水凝胶保水性能的影响，添加水性聚氨酯能够有效地提高凝胶的保水性能。以及原料配比对其力学性能的影响。并且利用生扫描电镜（SEM）、红外光谱仪，对合成的高吸水性凝胶的形态与结构进行系统表征，证明了高吸水凝胶具有良好的三维网络结构和内部的良好的孔径结构。其中，在去离子水中溶胀倍率最大能打高1046倍，在0.9wt%NaCl溶液中最大的溶胀倍率为246倍，此时高吸水凝胶的生产工艺条件为：淀粉：丙烯酸=1:15，水性聚氨酯用量0.01g，引发剂用量0.02g，交联剂用量0.01g，中和度为30%，加去离子水量为8ml，反应温度为70℃，反应时间为2h。

关键词：高吸水性树脂（SAP）；可溶性淀粉；丙烯酸；溶胀性能；保水能力

Abstract

In recent years, superabsorbent resins (gels) have been widely used in various fields such as biosan products due to their excellent properties: stable morphology, good swellability, good water retention, and excellent three-dimensional network structure. , sewage treatment, agriculture, gardening, heavy metal adsorption, etc.

The main research contents and results of this thesis are as follows:

Using soluble starch, acrylic acid and a very small amount of waterborne polyurethane as the reaction raw materials, N,N-methylenebisacrylamide (MBA) as the crosslinking agent and ammonium persulfate as the initiator, the starch system was prepared by aqueous solution polymerization. Water-absorbent resin. The effects of neutralization degree, starch-acrylic mass ratio and raw material concentration on the water absorption ratio of superabsorbent gel and the swelling ratio in brine were investigated by single factor method. The water retention performance of the superabsorbent gel at different temperatures was investigated. It was found that the gel retention performance of the gel decreased with the increase of temperature, but it still had good water retention capacity. The effect of waterborne polyurethane on the water retention performance of the superabsorbent gel was also investigated. The addition of waterborne polyurethane can effectively improve the water retention performance of the gel. And the effect of the ratio of raw materials on its mechanical properties. The morphology and structure of the synthesized superabsorbent gel were systematically characterized by scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectrometer. It was proved that the superabsorbent gel has a good three-dimensional network structure and a good internal pore structure. Among them, the swelling ratio in deionized water can be up to 1046 times, and the maximum swelling ratio in 0.9wt% NaCl solution is 246 times. At this time, the production process conditions of high water absorption gel are: starch: acrylic acid = 1:15, The amount of waterborne polyurethane is 0.01g, the amount of initiator is 0.02g, the amount of crosslinking agent is 0.01g, the degree of neutralization is 30%, the amount of deionized water is 8ml, the reaction temperature is 70 °C, and the reaction time is 2h.

Key words:Superabsorbent resin (SAP); soluble starch; acrylic acid; water absorption property; water retention property

目录

第1章 绪论 1

1.1高吸水凝胶简介 1

1.2高吸水凝胶的吸水性能 1

1.3高吸水凝胶的保水机理 3

1.4高吸水凝胶的用途 4

1.4.1在医药卫生领域中的用途 4

1.4.2在环境保护领域中的用途 4

1.4.3在电子工业领域中的用途 4

1.4.4在农林园艺领域中的用途 5

1.4.5在其他领域中的用途 5

1.5高吸水凝胶的发展 5

1.6本课题的主要研究内容 5

第2章 淀粉/丙烯酸/聚氨酯复合凝胶的制备及其保水性能 7

2.1实验部分 7

2.1.1实验仪器与试剂 7

2.1.2高吸水凝胶的制备工艺 8

2.1.3高吸水凝胶的表征 9

2.1.4高吸水凝胶吸水性能测试 9

2.1.5高吸水凝胶保水性能测试 9

2.2结果与讨论 9

2.2.1反应机理 10

2.2.2 FTIR分析 10

2.2.3高吸水凝胶的形貌分析 11

2.2.4合成条件对高吸水凝胶吸水性能的影响 12

2.2.5合成条件对高吸水凝胶吸盐性能的影响 14

2.2.6高吸水凝胶的保水性能 16

2.2.7聚氨酯对高吸水凝胶保水性能的影响 17

第3章 结论 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪论

高吸水性树脂（ super absorbent polymer， SAP）是1960以来，发展起来的一类含有强亲水基团的功能性高分子材料，它是具有三维网状结构的聚电解质材料^[1,2]。由于它良好的溶胀和保水能力，被人们普遍应用以农业、园林、卫生用品、食物加工、石油化工、及建筑行业以及其他的很多领域^[3]。它具有非常强的吸水能力和保水能力，他可以和水发生水合作用，通过此作用能够快速吸收水分，吸水量可达到自身重量几十倍甚至上千倍，吸水后呈现凝胶状态，不溶于水，也不溶于有机溶剂，可以重复使用。它是由含-OH、-COOH等亲水基团的高分子经过交联而形成的。SAP种类繁多，其中，淀粉类高吸水性树脂是开发最早的。因为它的原料来源广泛且可再生、价格低廉、在自然界中可生物降解、对环境友好的优点而被人们重视。

聚氨酯是一种近代才发展起来的有机高分子材料，他有很多优秀的性能，被人们普遍应用于生活和经济的众多方面。它具备良好的抗剪切强度和抗冲击特性，能提高材料的韧性和粘性，适用于各种结构性粘合领域；本研究中加入聚氨酯可提高高吸水性树脂的多种性能。 被人们称做“第五大塑料”。