地荒漠化更是严重，因此，与干旱做斗争，节水保水，改善生态环境是我们长期肩负的职责，同时聚丙烯酸钠等高吸水材料在此领域可发挥重要作用。在此意义基础上，开发更多的高吸水材料对我国促进农林业的发展，实施可持续发展战略具有重要意义。随着国民经济迅速发展，人民生活水平日益提高，这些吸水材料在生理卫生方面功不可没，为广大妇女儿童和病人带来了福音，提供了方便。在科学方面，开发聚丙烯酸钠等高吸水材料更将丰富高分子材料科学、功能高分子材料科学和有机化学，进一步促进了高分子合成理论和高分子材料加工理论的发展，更充实了高分子水凝胶理论的内容[11]，同时，它的研发也是整个人类科学发展的进步。

1．3 聚丙烯酸钠吸水树脂的研究热点、存在问题和前景

近几年来，国内国外对聚丙烯酸钠吸水树脂的研究日新月异，种类繁多，研究的重点主要体现在提高吸水凝胶的强度，吸水速度，耐盐性等综合性能和各种改性的研发[14] [19]。首先，这些都是实验室研究，而工业化生产滞后、传热传质和工业工艺问题尚未完全解决，还无法完全应用于生活的各个领域；其次，机理研究缓慢，大多从弹性凝胶基本理论和Flory的膨胀公式展开研究，无统一的令人信服的完整理论，也无统一的标准测试性能的方法。聚丙烯酸钠吸水树脂虽然研究史早，发展相对其它类型吸水树脂成熟，但仍存在许多缺陷，如可降解性差，对环境影响大，工业化成本高，耐盐性低等[12]。随着时代的发展和人们生活水平的提高，石油资源岌岌可危不能再满足人类需求，聚丙烯酸钠吸水树脂的现实意义和价值意义相对褪色[25]。我希望聚丙烯酸钠吸水树脂的研究意义能引起人们的共鸣，从天然淀粉和纤维素之类物质出发，力求在微观分子和宏观应用方面利用各种方法以取得巨大的成就，利用一切有利条件使它更先进，更益于生活。

2 聚丙烯酸钠吸水树脂

2．1 聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水理论

2.1.1 聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水结构

聚丙烯酸钠吸水树脂是一种三维网状结构，它不溶于水而大量吸水，膨胀形成高分子含水凝胶，主要性能有吸水性和保水性[17]。它的分子中含有强吸水性基团和一定的网络结构，即，具有一定的交联度。研究证明：吸水性基团极性越强，含量越多，吸水率越高，保水性也越强。而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，

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尤其在外界有压力时水很容易脱去；交联度过高，虽然保水性好，但吸水空间减少，因而吸水率明显降低[18]。

聚丙烯酸钠吸水树脂有两种:一种是通过加入交联剂进行交联，一种是不加交联剂，而只是自行交联。前者是由羧酸钠电解质的离子电荷的相互排斥引起分子的伸展，与由于化学交联而引起的阻止扩张相互作用产生的结果，而后者是由自行交联引起的阻止扩张。目前自行交联的机理尚未明确，可以认为是由于未完成中和的羧酸单元互相以氢键排列在一起，限制了羧酸钠的扩张作用，起到了相互交联的效果。

总之，聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水能力是由于高分子电解质的离子排斥，或高亲水基团与水分子形成氢键吸引所产生的分子扩张膨胀，与起交联作用的网状结构引起阻碍分子的扩张相互作用所产生的结果。 2.1.2 聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水机理[1]

从化学组成和分子结构分析可知，聚丙烯酸钠吸水树脂是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子，它的吸水作用主要是依靠树脂内部的三维空间的作用。

聚丙烯酸钠吸水树脂的吸水过程是一个很复杂的过程[23]。吸水前，高分子网络是固态网束，未电离成离子对。当它遇水时，亲水基和水分子的水合作用，使高分子网束舒展，产生网络内外的离子浓度差，使网络结构内外产生渗透压，水分子以渗透压作用向网络结构内渗透。若被吸附的水中含有盐时，离子浓度差减小，渗透压下降，吸水能力降低。由此可见，在网络结构中亲水基离子的存在是必不可少的，它起着张网作用，同时导致产生渗透压功能，亲水离子对是树脂吸水全过程的动力因素。分子中含有大量水合离子是提高树脂吸水能力、加快吸水速度的另一因素，树脂网格是能够吸收大量水的结构因素。水分子进入网格后，由于网格的弹性束缚，水分子的热运动受到限制，不易重新从网中逸出。从热力学角度来看，树脂的自吸水使其整体的自由能降低，直至平衡为止，若水从树脂中放出，使得自由能升高，不利于体系稳定，这也是吸水树脂特有的保水性。

由于聚丙烯酸钠吸水树脂具有带亲水基团的交联三维空间网络结构，所以它的吸水性机理同样可以用Flory-Huggins热力学理论和溶液热力学理论解释。

1 Flory-Huggins热力学理论 从热力学角度来看，当标准化学位之差△U<0○

时，水渗入高分子相中，同时高分子扩散进入水中，直至此过程达到平衡。若存在某种作用使△U限制在某一适当的负值，则吸水树脂的吸水膨胀就会受到抑制。对

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于依靠物理交联的线型高分子，其结晶区就会受到这种作用。然而，大部分的吸水树脂或者吸水剂都是进行化学交联（主要是化学键交联或者离子键交联）得到的，这种抑制作用就不会发生。

科学家Flory在深入研究高分子在水中的膨胀后提出了下列公式：

式中 Q—吸水倍率； —交联密度；

—对水的亲和力；

—固定在树脂上的电荷密度；

S—外部溶液的电解质的离子强度。

公式分别包含了渗透压、水的亲和力和交联密度三项。由公式可知，水的亲和力大，可以增加吸水倍率，降低交联密度，吸水倍率也提高。

2 溶液热力学理论 林润雄等人利用溶液热力学理论和交联网络的弹性自由○

能得到公式：

式中

—高聚物的密度； —溶剂的摩尔体积；

—交联高聚物交联网络的大小；

—交联高聚物与溶剂的相互作用参数。

以上两个公式尽管形式不同，但都揭示了一个本质，即高吸水树脂的吸水能力与亲水基团和交联网状结构有关。

2．2 聚丙烯酸钠吸水树脂的合成

聚丙烯酸钠吸水树脂主要是利用带有亲水功能基的单体丙烯酸（有的还要加入

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少量交联剂）直接聚合成高吸水性树脂，主要采用自由基连锁聚合进行反应[13]，反应式如下：

→

、

等。

式中 为

由此所得的聚丙烯酸钠吸水树脂功能基（亲水基团）分布均匀，在分子链节中都有功能基，即链节数与功能基数相同，聚合物的亲水功能基含量高。

制备聚丙烯酸钠吸水树脂所采用的原材料和试剂有单体、交联剂、引发剂以及碱、分散介质或溶剂。

1单体，就是丙烯酸； ○

2引发剂，主要使用水溶性引发剂，如过硫酸盐（为钾盐或铵盐等）○，也可使用

氧化还原引发剂，如过氧化氢-硫酸亚铁，油溶性引发剂也有使用，但比水溶性少，如偶氮二异丁腈；

3交联剂，聚丙烯酸钠吸水树脂的制备，一般均采用交联剂交联，使产物由水○

溶性转化为水不溶性。采用能与羧基反应的双官能团以上的化合物，金属阳离子和能使聚合物分子间发生交联反应的双烯类单体均可，如丙三醇，铁三价离子和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺等。

丙三醇作为交联剂时所得的聚丙烯酸钠吸水树脂产物的交联结构如下:

4溶剂及分散介质，聚丙烯酸钠吸水树脂所用的聚合实施方法主要有溶液聚合○

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