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摘 要：合成系高分子灭火凝胶是高吸水性树脂在森林防火领域应用的一个典型实例。本文总结了溶液聚合法、反相悬浮聚合法、反相乳液聚合法和辐射交联聚合法合成高分子灭火凝胶的研究，并用实例介绍了每种合成方法的具体操作情况，为合成新的高分子灭火凝胶提供实验基础。
关键词：合成系；高分子灭火凝胶；合成方法
高分子灭火凝胶是一种新型的功能高分子材料，它是由高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）吸水后形成的凝胶状态物质。高吸水性树脂的超强吸水能力源自其结构中含有羧基、羟基等强亲水性基团，经过聚合反应生成适度交联的三维网状结构。该结构可迅速吸收相当于自身重量几百倍甚至上千倍的水而呈凝胶状[1]。这类材料具有吸水容量大、吸水速率快、保水能力强及无毒无味等显著优点，是传统吸水材料所难以企及的。同时，这类材料所吸收的水分即使在受热、加压条件下也不易失水并对光、热、酸的稳定性好[2]。
高分子灭火凝胶按照原料来源可以分为：合成系、淀粉系、纤维素系、蛋白质系、其他天然产物系及共混复合系[3]。随着现代化学合成工艺的不断进步和新型实验设备的涌现，合成系高分子灭火凝胶被大量的合成与研究。现将主要合成方法介绍如下：
1 溶液聚合法
溶液聚合法是指将反应物、引发剂、交联剂等溶于某种介质溶剂中，并在一定的条件下进行聚合反应的方法。
尤晶[4]采用水溶液聚合法，以丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸为反应单体，制备了3种高吸水树脂聚丙烯酸-丙烯酰胺（P（AA-AM））、聚丙烯酸-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（P（AA-AMPS））和聚丙烯酸-丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（P（AA-AM-AMPS））。方法如下：取19g丙烯酸和3g AMPS分别倒入烧杯中，在水浴条件下缓慢加入一定量的氨水与丙烯酸和AMPS分别进行中和反应。反应结束后冷却至室温。把部分中和的丙烯酸及AMPS溶液倒入反应器中，再依次加入8g丙烯酰胺、交联剂，搅拌到完全溶解，水浴加热至55℃，然后在体系中加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂，搅拌均匀，引发反应。反应完成后，将产物切块、干燥、粉碎、过筛，收集直径在0.25～0.42mm 的颗粒。不同高吸水树脂的最佳反应条件不相同，（P（AA-AM））、 （P（AA-AMPS））和 （P（AA-AM-AMPS））的最佳反应条件分别为：中和度75%、65%和80%；交联剂用量都为单体总质量的0.02%；引发剂用量为单体总质量的0.20%、0.24%和0.20%。
2 反相悬浮聚合法
反相悬浮聚合法是以溶剂（油相）为分散介质，水溶性单体在分散剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合方法。显著特征是：体系中的液滴为油包水型。
Choudhary[5]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类高吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾和交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气气氛下溶解，得到待聚合液。将环己烷与正庚烷溶剂按1：1比例加入到反应器中作为有机连续相，然后向其中通氮气进行保护，搅拌升温到55℃，将待聚合液缓慢加入到反应器中，在80℃下反应2h。最后聚合物用甲醇洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3～4 h，该吸水性树脂的吸水率为220g/g。
3 反相乳液聚合法
反相乳液聚合法是将乳化剂加入到油相分散介质中，充分搅拌使乳化剂溶解并分散均匀，一定温度下滴加配好的反应液，进行聚合反应，是水溶性单体和引发剂在油包水的体系中进行聚合的方法。
韩玉花[6]以丙烯酸为原料， 采用反相乳液聚合法来制备高吸水性树脂， 具体操作如下：在带有搅拌器、 温度计、氮气导管、冷凝管和恒压滴液漏斗的反应瓶中加入150g环己烷和2g span-60 作为连续相，水浴加热， 反应温度为60～80℃。另取烧杯，在其中加入氢氧化钠，丙烯酸、自制酯、交联剂和引发剂等溶解在去离子水中作为分散相、倒入恒压滴液漏斗中，在一定时间内滴加到反应瓶中。滴加完后再反应4h，得白色微珠状树脂，在160 ℃左右烘干约2h 至恒重。产物最高吸水能力分别为260 g/ g、327g/ g。最高吸1%盐水倍率为54g/g和69g/g。
4 辐射交联聚合法
辐射交联聚合法是指聚合单体在光、热、高能射线的作用下，分子间形成交联结构的一种方法，辐射包括微波辐射、紫外光辐射、等离子体辐射及γ辐射等。
以γ辐射为例：Abd El-Mohdy等[7]采用60Co γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-KC-g-PAAm高吸水性水凝胶。在最佳水解条件下（NaOH浓度3mol/L，水解时间60 min，温度80℃）的最大吸水率为704 g/g。实验还表明，H-KC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量的淡水。
上述的四种方法是合成系高分子灭火凝胶制备的常用方法，随着研究的不断深入，新的合成方法也在不断的涌现，为丰富高分子灭火凝胶的种类做出贡献。
参考文献
[1]Brannon-Peppas L.，Harland R.S. Absorbent polymer technology[M].Elsevier Amsterdan Oxford New CorkTokio， 1990.
[2]邹新禧.超强吸水剂[M].北京：化学工业出版社，2002：2-15，674.
[3]王孝华，谭世语，聂明.超强吸水聚合物的研究进展[J].化学推进剂与高分子材料，2003，1（7） 14-17.
[4]尤晶，朱国鹏，黄帮裕.不同结构高吸水树脂的制备与性能研究[J].材料导报B：研究篇，2013，27（8）：82-85.
[5]Choudhary M S. Inverse suspension polymerization of partially neutralized and lightly cross-linked acrylic acid effect of reaction parameters[J].Macromol Symp，2009， 277： 171-176.
[6]韩玉花，张宝华，樊爱娟.耐盐高吸水性树脂合成工艺研究[J].山东化工，2003，32（3）：18-20.
[7]Abd El-Mohdy H L， Abd El-Rehim H A.Radiation synthesis of kappa-carrageenan/acrylamide graft copolymers as superabsorbents and their possible application[J]. Journal of Polymer Research，2009，16：66-72.
作者简介： 许志峰（1982-），女，助理研究员，主要从事森林火灾的预防控制及化学防火灭火的研究。
关键词：合成系；高分子灭火凝胶；合成方法
高分子灭火凝胶是一种新型的功能高分子材料，它是由高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）吸水后形成的凝胶状态物质。高吸水性树脂的超强吸水能力源自其结构中含有羧基、羟基等强亲水性基团，经过聚合反应生成适度交联的三维网状结构。该结构可迅速吸收相当于自身重量几百倍甚至上千倍的水而呈凝胶状[1]。这类材料具有吸水容量大、吸水速率快、保水能力强及无毒无味等显著优点，是传统吸水材料所难以企及的。同时，这类材料所吸收的水分即使在受热、加压条件下也不易失水并对光、热、酸的稳定性好[2]。
高分子灭火凝胶按照原料来源可以分为：合成系、淀粉系、纤维素系、蛋白质系、其他天然产物系及共混复合系[3]。随着现代化学合成工艺的不断进步和新型实验设备的涌现，合成系高分子灭火凝胶被大量的合成与研究。现将主要合成方法介绍如下：
1 溶液聚合法
溶液聚合法是指将反应物、引发剂、交联剂等溶于某种介质溶剂中，并在一定的条件下进行聚合反应的方法。
尤晶[4]采用水溶液聚合法，以丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸为反应单体，制备了3种高吸水树脂聚丙烯酸-丙烯酰胺（P（AA-AM））、聚丙烯酸-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（P（AA-AMPS））和聚丙烯酸-丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（P（AA-AM-AMPS））。方法如下：取19g丙烯酸和3g AMPS分别倒入烧杯中，在水浴条件下缓慢加入一定量的氨水与丙烯酸和AMPS分别进行中和反应。反应结束后冷却至室温。把部分中和的丙烯酸及AMPS溶液倒入反应器中，再依次加入8g丙烯酰胺、交联剂，搅拌到完全溶解，水浴加热至55℃，然后在体系中加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠氧化还原引发剂，搅拌均匀，引发反应。反应完成后，将产物切块、干燥、粉碎、过筛，收集直径在0.25～0.42mm 的颗粒。不同高吸水树脂的最佳反应条件不相同，（P（AA-AM））、 （P（AA-AMPS））和 （P（AA-AM-AMPS））的最佳反应条件分别为：中和度75%、65%和80%；交联剂用量都为单体总质量的0.02%；引发剂用量为单体总质量的0.20%、0.24%和0.20%。
2 反相悬浮聚合法
反相悬浮聚合法是以溶剂（油相）为分散介质，水溶性单体在分散剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行的聚合方法。显著特征是：体系中的液滴为油包水型。
Choudhary[5]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类高吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾和交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气气氛下溶解，得到待聚合液。将环己烷与正庚烷溶剂按1：1比例加入到反应器中作为有机连续相，然后向其中通氮气进行保护，搅拌升温到55℃，将待聚合液缓慢加入到反应器中，在80℃下反应2h。最后聚合物用甲醇洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3～4 h，该吸水性树脂的吸水率为220g/g。
3 反相乳液聚合法
反相乳液聚合法是将乳化剂加入到油相分散介质中，充分搅拌使乳化剂溶解并分散均匀，一定温度下滴加配好的反应液，进行聚合反应，是水溶性单体和引发剂在油包水的体系中进行聚合的方法。
韩玉花[6]以丙烯酸为原料， 采用反相乳液聚合法来制备高吸水性树脂， 具体操作如下：在带有搅拌器、 温度计、氮气导管、冷凝管和恒压滴液漏斗的反应瓶中加入150g环己烷和2g span-60 作为连续相，水浴加热， 反应温度为60～80℃。另取烧杯，在其中加入氢氧化钠，丙烯酸、自制酯、交联剂和引发剂等溶解在去离子水中作为分散相、倒入恒压滴液漏斗中，在一定时间内滴加到反应瓶中。滴加完后再反应4h，得白色微珠状树脂，在160 ℃左右烘干约2h 至恒重。产物最高吸水能力分别为260 g/ g、327g/ g。最高吸1%盐水倍率为54g/g和69g/g。
4 辐射交联聚合法
辐射交联聚合法是指聚合单体在光、热、高能射线的作用下，分子间形成交联结构的一种方法，辐射包括微波辐射、紫外光辐射、等离子体辐射及γ辐射等。
以γ辐射为例：Abd El-Mohdy等[7]采用60Co γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-KC-g-PAAm高吸水性水凝胶。在最佳水解条件下（NaOH浓度3mol/L，水解时间60 min，温度80℃）的最大吸水率为704 g/g。实验还表明，H-KC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量的淡水。
上述的四种方法是合成系高分子灭火凝胶制备的常用方法，随着研究的不断深入，新的合成方法也在不断的涌现，为丰富高分子灭火凝胶的种类做出贡献。
参考文献
[1]Brannon-Peppas L.，Harland R.S. Absorbent polymer technology[M].Elsevier Amsterdan Oxford New CorkTokio， 1990.
[2]邹新禧.超强吸水剂[M].北京：化学工业出版社，2002：2-15，674.
[3]王孝华，谭世语，聂明.超强吸水聚合物的研究进展[J].化学推进剂与高分子材料，2003，1（7） 14-17.
[4]尤晶，朱国鹏，黄帮裕.不同结构高吸水树脂的制备与性能研究[J].材料导报B：研究篇，2013，27（8）：82-85.
[5]Choudhary M S. Inverse suspension polymerization of partially neutralized and lightly cross-linked acrylic acid effect of reaction parameters[J].Macromol Symp，2009， 277： 171-176.
[6]韩玉花，张宝华，樊爱娟.耐盐高吸水性树脂合成工艺研究[J].山东化工，2003，32（3）：18-20.
[7]Abd El-Mohdy H L， Abd El-Rehim H A.Radiation synthesis of kappa-carrageenan/acrylamide graft copolymers as superabsorbents and their possible application[J]. Journal of Polymer Research，2009，16：66-72.
作者简介： 许志峰（1982-），女，助理研究员，主要从事森林火灾的预防控制及化学防火灭火的研究。