Page 72 - 201903

·418· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

上的亲水性功能基团获取和传输水的能力 [24] 。随着
溶胀的进行，树脂网络内外的渗透压降低，网络的
弹性收缩力增大，这些因素导致溶胀速率从快速变
得平缓，最后达到溶胀平衡。在不同 pH 环境中，
平衡溶胀时间的变化可能与树脂的平衡溶胀度有
关。在 pH=11 的环境中，由于复合树脂溶胀空间很
小，在溶胀过程中，其内部进入很少的水分子就能
充满空间，所以在此条件下，达到溶胀平衡所用的
时间最短。而在 pH=5、pH=7 和 pH=9 的环境中，

图 4 ATP 用量对 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂在蒸馏水 需要更多的水分子进入复合树脂内部空间，所以达
中溶胀度的影响 到溶胀平衡的时间反而较长。此外，与 pH=5 和 pH=9
Fig. 4 Effect of dosage of ATP on the Q of γ-PGA/ATP 的环境相比，在 pH=7 的环境中复合树脂能更快达
superabsorbent composite in distilled water
到溶胀平衡，可能与其链上的亲水性功能基团获取
2.5 pH 对 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂溶胀行为的 和传输水的能力更强有关。从图 6 中还可以看出，
影响 当 pH=7 时，溶胀时间大于 250 min 后，溶胀度出现
在实际使用环境中，溶液体系的 pH 往往是变 了略微降低现象。这可能与树脂中可溶解部分从三
化的，进而会影响到高吸水树脂的溶胀行为，因此， 维网络中溢出有关。在树脂溶胀过程中，可溶解部
本文考察了 pH 与复合高吸水树脂溶胀行为间的关 分会从网络溢出，与正进入凝胶内部的溶液对流，
系，结果见于图 5 和图 6。 产生漩涡，这会使得过多的外部溶液被吸入凝胶。
图 5 给出了溶液的 pH 与复合高吸水树脂的平 根据唐南平衡原理 [26] ，随后会有少量溶液溢出。由
衡溶胀度之间的关系。可以发现，pH 值对平衡溶胀 于在 pH=7 的环境中树脂的溶胀能力和网络的扩散
度有较大的影响。随着 pH 的增加，高吸水树脂的 速率均比较高，所以此现象表现的比较明显。
平衡溶胀度增加，在 pH=7 时达到最大值；之后，
随着 pH 的继续增加，平衡溶胀度开始降低。当 pH<5
或 pH>9 时，复合高吸水树脂的溶胀度明显下降。
+
在 pH 较低的溶液中，大量 H 抑制了羧酸的电离，羧
基之间形成了大量氢键，同时高吸水树脂网络内外的
渗透压较低，因此导致平衡溶胀度较低 [25] 。随着 pH
的增加，分子链上的羧酸根离子数量增加，高分子
链之间的静电斥力加剧，网络内外的渗透压增加，
使得复合高吸水树脂的网络扩张，平衡溶胀度增大。
当 pH>7 时，树脂网络内外的渗透压降低，致使平

衡溶胀度开始下降。当 pH>9 后，在较强的碱性条 图 5 不同 pH 下 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂的平衡溶胀度
件下，除了渗透压的变化外，酯键还有可能发生水 Fig. 5 Relationship between equilibrium swelling ratio of
解反应，导致平衡溶胀度进一步降低。这可以从 sample and pH value in distilled water

pH=13 时出现凝胶的溶解现象得到证实。因此，对
于 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂来说，pH 为 5~9 是
最佳的使用条件。
图 6 为 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂在不同 pH
水溶液中的溶胀动力学曲线。从图 5 中可以看出，
不同 pH 下，最初的溶胀阶段 γ-PGA/ATP 的溶胀速
率均较快，之后溶胀速度减慢，最终达到溶胀平衡。
这与绝大多数高吸水树脂的溶胀过程相同 [16] 。此外，
可以发现，在 pH=11 时，样品能更快地达到平衡；

pH=1 和 pH=3 的环境中次之；接着是在 pH=7 的环
图 6 不同 pH 下 γ-PGA/ATP 复合高吸水树脂的溶胀行为
境中；在 pH=5 和 pH=9 的环境中达到溶胀平衡所用
Fig. 6 Swelling curves of γ-PGA/ATP superabsorbent
时间最长。高吸水树脂的溶胀速度主要取决于其链 composite in distilled water at different pH value