高吸水树脂是一种吸水能力特别强的物 质，能够吸收自身质量的几十甚至几百倍的水， 吸水后，在加压的情况下也不脱水或脱水很少， 因此，又将其称为高保水材料。由于它既具有独 特的吸水能力和保水能力，又具备高分子材料 的优点，从而在国民经济多领域中得到了广泛 的应用，从1961年美国农业部北方研究所开发 出来后，至今一直保持良好的发展势头[1，2]。

纤维素是合成高吸水树脂的三大原料之 一，其来源丰富，价格低廉，本身具有很多优点， 耐盐性好是淀粉类和合成类高吸水树脂所不及 的，因而具有广阔的发展前景[3]。本文采用羧甲 基纤维素钠与丙烯酸、丙烯酰胺共聚制备高吸 水树脂，研究了主要制备条件如反应温度、时 间、反应物配比等对吸水树脂吸水能力的影响。

1实验部分 1. 1主要原料

羧甲基纤维素钠（CMC)：化学纯，北京市 东环联合化工厂产品；丙烯酸（AA)：化学纯， 北京益利精细化学品有限公司产品；丙烯酰胺 (AM)：分析纯，北京益利精细化学品有限公司 产品；N，W-亚甲基双丙烯酰胺（MBAM)：分析 纯，军事医学科学院药材供应站提供；K2S2〇8： 分析纯，天津市东方化工厂产品；NaHS〇3：分

析纯，北京益利精细化学品有限公司产品。

1.2实验步骤

首先对原料进行相应的提纯。丙烯酸进行 蒸馏，其它原料充分干燥处理。称取相应质量的 丙烯酸（AA)于反应容器内，将容器置于冷水 浴中，向反应器内滴加氢氧化钠溶液以中和丙 烯酸，待中和反应完毕，向容器内加入丙烯酰胺 (AM)、N，W-亚甲基双丙烯酰胺（MBAM)、亚 硫酸氢钠（NaHSO3)，加水至反应体系总体积 为15OmL。其中丙烯酸与丙烯酰胺的配比为1 :1(质量比）。将反应容器置于恒温水浴中，通 氮气，搅拌均匀，3O min后加入K2S2O8溶液。 在氮气保护下，反应一定时间。反应结束后，往 反应容器内加入适量乙醇沉析，用8O%乙醇水 溶液洗涤三次，抽滤，抽滤后的固体于5O "C烘 箱中干燥至恒量。

1.3 FT-IR 表征

采用MAGNA-IR型红外光谱仪，以KBr 压片对样品进行测试。

1.4吸水性能测试

吸收能力用吸水倍率来量度。吸收倍率指 1 g吸水剂所吸收液体的量，单位为g/g。

吸收能力的测试方法采用滤袋法。

结果与讨论

2. 1红外光谱测试分析

产物的红外光谱如Fig. 1所示，羧甲基纤 维素接枝丙烯酸、丙烯酰胺后的红外谱图与羧 甲基纤维素的红外谱图相比，在CMC-g-AA + AM谱图中于3430 cm—1，3198 cm—1附近有酰 胺的峰，在2900 cm—1处有C — H的反对称伸缩 振动，在1672 cm-1，1570 cm-1出现羰基的特征 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，而是两者相互影响的结果，在 1400 cm-1出现一COONa的特征吸收峰。红外 光谱分析证实反应生成了接枝共聚物。

吸收去离子水的能力

按正交设计，选取羧甲基纤维素用量A、单 体与羧甲基纤维素质量比B、引发剂用量C、交 联剂用量D、反应温度E、丙烯酸的中和度^1六 个因素进行考察，研究各种制备条件对吸水率 的影响，如Fig. 2〜Fig. 7所示。

从Fig. 2可以看出，随CMC用量的增加 吸水量下降。CMC增加，反应体系粘度增大，使 单体的碰撞减弱，聚丙烯酰胺-丙烯酸接枝链变 短，不利于高分子网络的形成。

如Fig. 3所示，随单体/CMC的增大，吸水 倍率增大。这是因为随单体/CMC的增大，单体 浓度增大，接枝共聚物反应加快，CMC上活性 自由基有足够的单体可进行反应，接枝反应更 加充分，而且聚合反应进行到一定阶段，树脂的 三维网络形成，单体、自由基被初期形成的网络 所包围，流动性减弱。自由基相互碰撞的几率减 小，因而接枝支链分子量有所增加。另外，CMC 比例的增加，相应地提高了 CMC在接枝共聚 物中的百分含量。而从吸水能力来看，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，因而随CMC用量的增加，吸收 能力有所下降。随单体的增加，接枝共聚物中聚 丙烯酰胺-丙烯酸的含量相应增加，所以吸水能 力也相应有所提高。

度快，从而导致交联度增加，吸水率降低，而且， 引发剂浓度加大，反应溶液粘度上升很快，极易 出现爬杆现象，使反应无法进行，得不到高吸水 材料。若引发剂用量较小，在CMC上产生的接 枝点较小，不利于形成吸水网络，而且反应速度 相对较慢，自交联程度小，树脂可溶性增加，吸 水率降低。可见引发剂用量的大小可能会直接 影响到交联度的大小，从而影响吸水率。

Fig. 6 The curve of temperature vs absorbent ability(G) 从Fig. 5中可知，在试验所用的交联剂用 量范围内，树脂的吸水率随交联剂用量的增加 而迅速减小，这是因为N，N^-亚甲基双丙烯酰 胺交联剂反应活性高，微量的交联剂己能很好 地进行交联反应而形成体型网状结构。交联剂 的用量增大使聚合物离子网状结构中交联点增 多，交联点间的距离变小，交联密度增大，即树 脂的溶胀度变小，所能容纳的液体量减小。交联 剂用量少时，聚合物交联密度低，形成稀疏的三 维网络，易于水的进入。

如Fig. 6所示，反应温度对吸水率影响不 大。反应温度低，形成的自由基少，反应速率较 慢，形成的聚合物三维网络缺陷多；温度过高 时，聚合反应过快，聚合反应初期就形成了较密 的三维交联网络，作为单体溶剂的水被树脂吸 附，剩余单体的流动性减小，影响聚合反应均匀 进行。图中可见，在40 C〜60 C范围内树脂的 吸水率变化不大，考虑到氧化还原引发体系，选 择反应温度在40 C左右较合适。

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

如Fig. 7所示，丙烯酸的中和度对吸水能 力影响较大。从图中可以看出，中和度在60% 〜70%范围内的产物吸水性能是最好的。这是 因为丙烯酸活性很高，其聚合速度快。中和度较 低时，酸度高，丙烯酸单体反应活性大，分子碰 撞加剧，聚合速度加快，除了加入的交联剂迅速 发生交联之外，自身也发生交联反应（自交联）， 从而形成高度交联的聚合物，致使吸水率较低。 另外，中和度低时，CMC被酸解而破坏接枝。中 和度增加时，一方面减缓了反应速度，另一方面 增加了强亲水性的羧酸钠基团，使交联网络内 侧的渗透压增高，吸水率提高。但是，中和度过 高时，单体反应活性较弱，反应速度下降，自交 联程度低，因此吸水率也下降。

经过分析，最终确定制备高吸水树脂的工 艺条件为：于150 mL反应体系中，CMC用量 为1 g，单体与CMC的比例为8: 1，引发剂用 量为CMC用量的2%，交联剂用量为单体用量 的0. 2%，温度为40 C，中和度为60%。在此条 件下制备的高吸水树脂吸收蒸馏水的量高达 900 倍。