凈水處理劑-高吸水聚合物（一）

淀粉系高吸水聚合物所用的原料——部分是用紅薯或玉米樹脂來制備，我國玉米資源豐富，總產(chǎn)量居世界第二位，主要集中在吉林、黑龍江、遼寧以及河北、山東等產(chǎn)地，年產(chǎn)量可達1億噸以上。開發(fā)用于生產(chǎn)高吸水樹脂每年可消耗大量的紅薯或玉米，使其增值幾十倍，從而獲得十分可觀的經(jīng)濟和社會效益，并為紅薯、玉米的用途開拓一條新路。

理化性能

高吸水聚合物（SuperAbsorbentpolymer,SAP),是一種具有松散網(wǎng)絡結構的低交聯(lián)度的強親水性功能性高分子材料，不溶于水，也不溶于有機溶劑。外觀為白色顆粒，無毒、無味、不溶，穩(wěn)定性好，在室溫下可保存2-3年。

高吸水樹脂的增黏性強、重量輕，多孔鱗片，薄膜或纖維狀樹脂，可提高吸水速度。

高吸水聚合物溶脹后具有一定強度，具有凝膠化性質(zhì)，并在空氣中緩慢地釋放出所吸水分，具有吸水量大，凝膠強度大，吸水不結團，保水性好等優(yōu)點。

工藝技術

高吸水聚合物的制造方法有多種。按照聚合方法分為：溶液聚合、反相懸浮聚合、反相乳液聚合、輻射聚合等。

淀粉接枝共聚可采用的引發(fā)方法為物理和化學法，可使淀粉分子上產(chǎn)生活性高的自由基。

物理引發(fā)的方法是使用放射線，由此產(chǎn)生自由基，再與加入的高分子單體溶液進行共聚，反應應在無氧狀態(tài)下進行，以免造成自由基消失。

化學法為氧化還原法，用鈰離子等引發(fā)，在四價鈰離子作用下，反應首先生成具有絡合結構的中間體，再分解成自由基后與單體發(fā)生接枝共聚，使用不同的引發(fā)劑，會具有不同的反應結果。在交聯(lián)時引入親水基團，可增大吸水性，但不宜過大，如使用丙烯酸為單體聚合時，在加入20%的淀粉進行交聯(lián)，可制備高吸水性的接枝聚合物。

常用來與淀粉接枝的單體有丙烯腈、丙稀酸以及丙烯酰胺、丙烯酸酯類和鹽類。但是一般來講，都是從丙稀酸單體出發(fā)，通過加堿中和，然后引發(fā)聚合，到一定程度后終止反應，出料干燥可獲得成品。

大部分接枝上去的單體是作為中間體設計的。接枝聚合后通過一定工序的處理，把它們轉(zhuǎn)變成為對水有較強親合力的基團。常用的工序一般是加堿中和或水解。

加水分解時，由于反應物料本身是吸水性的，吸收水分之后成為凝膠。為此，可以在加水分解時使用水-甲醇混合溶劑，也可采用水溶性引發(fā)劑，以丙烯酸和天然多羥基高分子，如淀粉、面粉為主要原料，進行高溫快速聚合，使聚合、干燥過程一步完成，制得吸水量達自重900倍以上的高吸水性材料。還可以將淀粉的糊化與丙烯酸類的預聚分開進行，然后使之混合和烘干得到產(chǎn)品。

利用乙稀基單體與淀粉進行接枝共聚反應，可極大地改變淀粉的屬性，常用的單體有丙烯腈、丙烯酰胺等。最早采用的引發(fā)劑是硝酸鈰銨。使丙稀腈與淀粉接枝共聚，反應產(chǎn)物經(jīng)皂化得高吸水樹脂。高吸水樹脂的接枝反應的關鍵是控制接枝效率。在接枝反應過程中，應是效率越高越好。在淀粉鏈上有乙烯的支鏈，所得共聚物具有增稠和吸水的功能。

2.1淀粉接枝丙烯腈共聚物

淀粉接枝共聚物用于高吸水樹脂最先是從淀粉兩烯腈接枝聚合物開始的，將丙烯腈接枝聚合在糊化淀粉上生成的淀粉接枝-聚丙烯腈共聚物經(jīng)喊皂化，將腈基轉(zhuǎn)化成氨基甲?；蛪A金屬羧酸基團的混合體，把這種聚合物脫去水分，即成為可吸收自身重量數(shù)百倍的水而具不溶性的固體樹脂。

具體生產(chǎn)過程是將淀粉于30°C的水中糊化，再加入丙烯腈，用硝酸銨為引發(fā)劑引發(fā)反應，于25°C下經(jīng)接枝共聚獲得高分子量，所得產(chǎn)物在強堿溶液內(nèi)水解，即盡量把水溶性高分子經(jīng)三維化構造就容易得到高的吸水力。采用在淀粉上進行接枝聚合，反應完成后，用甲醇水溶液洗滌聚合物再經(jīng)干燥，粉化得成品，即能吸收1000倍的水分。操作過程如下：

將10g黃色玉米粉和167mL水混合成懸乳液，在93°C下保持1h糊化，冷卻到39°C,再加入15g丙烯腈和高鈰硝酸按0.338g,在氮氣保護下反應2h,得到淡黃色懸浮物。經(jīng)皂化水解2h,然后用NaOH液（200mL水加10.4gNaOH),再升溫至90°C皂化水解2h,得到淡黃色懸乳物。皂化后加0.4L甲醇離析化合物，再用0.4L無水乙醇洗滌，然后去除乙醇，將聚合物放入熱空氣烘箱中烘干，保持溫度70°C,得SAP,吸水力1000~1200g/g。

由于鈰鹽引發(fā)劑價格較貴，為降低成本，可采用鈰H202/Fe試劑引發(fā)反應。由于產(chǎn)生了OH和自由基，使淀粉引發(fā)為初級自由基，然后引發(fā)丙烯腈單體成為淀粉接枝丙烯腈自由基，繼續(xù)反應進行鏈增長后經(jīng)鏈終止得產(chǎn)物。此反應過程為將定量接枝物加入到定量的堿水溶液內(nèi)攬拌，在90°C下皂化水解，用酸中和，經(jīng)分離，水洗，再用NH4OH中和，得黏物干燥，粉碎得高吸水樹脂，丙烯腈添加比為20.2%時，接枝率90%。