3种高吸水保水材料的对比研究

赵 娜，张 德

（四川矿产机电技师学院地质工程系，四川 崇州 611230）

高吸水保水材料诞生于20世纪60年代，是利用强吸水性树脂制成的一种具有超吸水保水能力的高分子化合物颗粒剂[1-3]。它是一种具有三维交联结构的高分子材料，含有大量结构特异的强吸水基团，所以它可以吸收自身质量几百倍甚至几千倍的水[4-7]。并且由于分子结构关联，分子网络内所吸的水不能用简单的物理方法挤出，从而具有很强的保水性能而且保水能力大大优于海绵等传统的吸水材料[8-9]，目前已经在卫生、医药、农业等领域得到非常广泛的应用[10-12]。

以丙烯酸制备的高吸水保水材料为离子型的，以丙烯酰胺制备的高吸水保水材料为非离子型，以丙烯酸和丙烯酰胺混合制备的高吸水保水材料为两性型的。

1 试验部分

1.1 试验原料

离子型高吸水保水材料所用试验原料有丙烯酸、氢氧化钠、交联剂、引发剂、白蟮泥；非离子型高吸水保水材料所用试验原料有丙烯酰胺、交联剂、引发剂、白蟮泥；两性型高吸水保水材料所用试验原料有丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、交联剂、引发剂、白蟮泥。

1.2 试验仪器

DK-98型恒温水浴锅，D-971型搅拌器，FA1104型电子天平，DZ-1BC型真空干燥箱。

1.3 试验制备过程

将称量好的试验原料配置成一定浓度的溶液，放入恒温水浴锅中边搅拌边反应，待溶液成为粘稠状的液体时，停止搅拌，粘稠状溶液在恒温水浴锅中再反应30min左右即可得到凝胶状混合物，取出真空干燥箱烘干，剪碎、装袋备用。

2 结果及分析

2.1 吸水倍数的对比研究

表1是离子型高吸水保水材料实验结果，表2是非离子型高吸水保水材料实验结果，表3是两性型高吸水保水材料实验结果。从试验结果可以看出，离子型高吸水保水材料和两性型高吸水保水材料都有较高的吸水倍数，而非离子型高吸水保水材料的吸水倍数很低。离子型高吸水保水材料吸蒸馏水可达到2005倍，吸自来水可以达到316倍，吸生理盐水可以达到94倍。非离子型高吸水保水材料的吸水倍数非常低，吸蒸馏水、自来水、生理盐水的最高倍数分别为37、29、36倍。两性型高吸水保水材料有较理想的吸水倍数，吸蒸馏水可以达到1891倍，吸自来水可以达到383倍，吸生理盐水可以达到124倍。

2.2 吸水速度的对比研究

图1是各类高吸水保水材料的吸水速度曲线。由图1可知，离子型高吸水保水材料的吸水速度在前4h内很快，在吸水4h后其吸水倍数接近1000倍；在第4～6h内吸水速度减慢，在第6～8h内吸水速度增大，在第8～10h内其吸水速度降低，在第10～12h内其吸水速度增大，并且增加幅度很大，其吸水12h后吸水倍数达到1900倍，此时该类高吸水保水材料吸水达到饱和。

非离子型高吸水保水材料由于其吸水倍数很低，它基本上在5h内就能达到饱和，其第12h的吸水倍数基本维持在其第5h时的吸水倍数，此类高吸水保水材料的吸水速度曲线基本上是一条直线。

表1 离子型高吸水保水材料实验结果Table 1 The experiment result ofionic

表2 非离子型高吸水保水材料实验结果表Table 2 The experiment result of non-ionic

表3 两性型高吸水保水材料实验结果表Table 3 The experiment result of both ionic and non-ionic

两性型高吸水保水材料的吸水速度在前4h内很快，其吸水4h后吸水倍数达到900倍；在第4～6h内其吸水速度相对减慢，但是减慢的幅度并不大，在第6～8h内其吸水速度加快，在第8～10h内其吸水速度减慢，在第10～12h内其吸水速度增大，并且增大幅度很大，在吸水12h后该类高吸水保水材料基本上达到饱和。

2.3 保水能力的对比研究

表4是3种吸水保水材料的保水能力对比结果。离子型高吸水保水材料的保水能力居中。这类高吸水保水材料是用丙烯酸和无机物合成的，它属于离子型高吸水保水材料，由此可见，离子型高吸水保水材料的保水能力好。

图1 各类高吸水保水材料的吸水速度Fig.1 The water speed of various types of high water-absorbent material

非离子型高吸水保水材料的保水能力最低，从前边的吸水倍数来看，这类高吸水保水材料的吸水倍数也很低。这表明只用丙烯酰胺和无机物合成高吸水保水材料的结果不理想。所以非离子型的高吸水保水材料吸水能力差，保水能力差。

两性型高吸水保水材料的保水能力最好，适用于干旱地区的农作物。

表4 高吸水保水材料的保水能力Table 4 the water capacity of high water-absorbent material

从以上分析可以看出，非离子型高吸水保水材料保水能力低，离子型和两性型高吸水保水材料的保水能力好。虽然离子型和两性型的高吸水保水材料的保水能力好，但是这两类高吸水保水材料吸水达到饱和后，离子型的高吸水保水材料强度很低，很软，几乎拿不到手上，而非离子型的高吸水保水材料轻度相对好一点，像果冻。

2.4 电镜扫描图片

图2～图4分别为离子型、非离子型、两性型高吸水保水材料的电镜扫描图。从图2可以看出，该类高吸水保水材料的表面有很多大的空洞，并且表面是由柱状体构成的，柱状体大小不一。表面上大的空隙是能够吸收千倍水分的直接原因。

从图3可以看出，该类高吸水保水材料的表面凹凸不平，表面上有很多凸起来的圆状小疙瘩，表面上看不到空隙，致密状，这类高吸水保水材料吸水倍数很低，最高不超过40倍，原因可能是因为表面致密状，没有空隙，很难吸水，所以吸水倍数很低。

从图4可以看出，该类高吸水保水材料表面有孔隙，表面由不规则的几何状构成，几何体之间存在很大的孔隙，除几何体之外，该类高吸水保水材料表面上还存在体积很小的不规则小圆球，小圆球之间也存在着很多很大的孔隙，所以，该类高吸水保水材料有很高的吸水倍数。

图2 离子型吸水材料Fig.2 ionic Water-absorbent Material

图4 两性型吸水材料Fig.4 both ionic and non-ionic Water-absorbent Material

3 结论

通过以上的实验分析可得到以下结论：1) 离子型高吸水保水材料的吸水倍数高，吸水速度慢，保水能力强；2) 非离子型高吸水保水材料的吸水倍数低，吸水速度快，保水能力差；3) 两性型高吸水保水材料的吸水倍数高，吸水速度慢，保水能力强。

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