超強(qiáng)吸水高分子材料

1、2022-1-2612022-1-262超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述一、吸一、吸 水水 原原 理理二、分類二、分類三、基本結(jié)構(gòu)三、基本結(jié)構(gòu)四、四、SAPSAP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語六、接枝共聚反應(yīng)實(shí)例六、接枝共聚反應(yīng)實(shí)例七、高吸水性樹脂的基本特性及影響因素七、高吸水性樹脂的基本特性及影響因素Super2022-1-26(Super Absorbent Polymer簡稱簡稱SAP)也稱為也稱為高吸水性樹脂高吸水性樹脂、超強(qiáng)吸水劑超強(qiáng)吸水劑、高吸水性聚合物高吸水性聚合物，是一種具有優(yōu)異吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料是一種具

2、有優(yōu)異吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。 超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26既然安上既然安上super這個頭銜這個頭銜,那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別何在了那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別何在了_普通吸水材料普通吸水材料SAP超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26紙、棉花和海綿以及后來的泡沫塑料等。紙、棉花和海綿以及后來的泡沫塑料等。吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為自身重量的自身重量的左右，左右，一旦受到外力作用，則很一旦受到外力作用，則很，保，保水性很差。水性很差。

3、超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述普通吸水材料普通吸水材料Super2022-1-26 60年代末期，美國首先開發(fā)成功高吸水性樹年代末期，美國首先開發(fā)成功高吸水性樹脂。這是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并通常具有一脂。這是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并通常具有一定交聯(lián)度的高分子材料定交聯(lián)度的高分子材料;它不溶于水和有機(jī)溶劑，吸水能力可達(dá)自身重它不溶于水和有機(jī)溶劑，吸水能力可達(dá)自身重量的量的5002000倍，最高可達(dá)倍，最高可達(dá)5000倍倍;吸水后立即溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，吸水后立即溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出即使受壓也不易擠出;吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。吸收了

4、水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述普通吸水材料普通吸水材料Super2022-1-26吸水能力高吸水能力高:可達(dá)自身重量的幾百倍至幾千倍?？蛇_(dá)自身重量的幾百倍至幾千倍。SAP優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)吸水前吸水前吸水后吸水后超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26SAP優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)保水能力高保水能力高:即使受壓也不易失水即使受壓也不易失水 觀看保水能力演示觀看保水能力演示超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26日常生活：日常生活：吸水性抹

5、布、插花材料、嬰兒一次性尿布、吸水性抹布、插花材料、嬰兒一次性尿布、宇航員尿巾、婦女衛(wèi)生用品、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等宇航員尿巾、婦女衛(wèi)生用品、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等農(nóng)用保水劑、土壤改良劑農(nóng)用保水劑、土壤改良劑用作醫(yī)療衛(wèi)生材料：用作醫(yī)療衛(wèi)生材料：外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料栓材料工業(yè)吸水劑：工業(yè)吸水劑：堵水劑、脫水劑堵水劑、脫水劑食品工業(yè)食品工業(yè) 包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等用途用途超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26SAP的用途廣泛:女性衛(wèi)生用品女性衛(wèi)生用品

6、醫(yī)用吸水膠布醫(yī)用吸水膠布用途用途超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26用途用途植物養(yǎng)護(hù)泥植物養(yǎng)護(hù)泥各式吸潮劑各式吸潮劑超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super2022-1-26高吸水性樹脂是一類高吸水性樹脂是一類。水中鹽類。水中鹽類物質(zhì)的存在會顯著影響樹脂的吸水能力，在一物質(zhì)的存在會顯著影響樹脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。定程度上限制了它的應(yīng)用。，將是今后高吸水性樹，將是今后高吸水性樹脂研究工作中的一個重要課題。脂研究工作中的一個重要課題。對高吸水性樹脂吸水機(jī)理的理論研究工作也將對高吸水性樹脂吸水機(jī)理的理論研究工作也將進(jìn)一步開展，以指

7、導(dǎo)這一類功能高分子材料向進(jìn)一步開展，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。更高水平發(fā)展。用途用途超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，高吸水性樹高吸水性樹脂是分子中含有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)脂是分子中含有親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的交聯(lián)型高分子的交聯(lián)型高分子。從直觀上理解，當(dāng)親水性基團(tuán)與水分子從直觀上理解，當(dāng)親水性基團(tuán)與水分子接觸時，會相互作用形成各種水合狀態(tài)。接觸時，會相互作用形成各種水合狀態(tài)。一、吸一、吸 水水 原原 理理1.吸吸 水水 實(shí)實(shí) 質(zhì)質(zhì)化學(xué)吸附化學(xué)吸附物理吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。棉花、紙張、海綿等。毛細(xì)管的吸附原理。

8、毛細(xì)管的吸附原理。有壓力時水會流出。有壓力時水會流出。通過化學(xué)鍵的方式把水和親水通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出。體。加壓也不能把水放出。水分子與水分子與中的金屬離子形成配位中的金屬離子形成配位水合，與電負(fù)性很強(qiáng)的氧原子形成氫鍵等。水合，與電負(fù)性很強(qiáng)的氧原子形成氫鍵等。高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的因疏水作用而因疏水作用而易于斥向網(wǎng)格內(nèi)側(cè)，形成局部不溶性的微粒易于斥向網(wǎng)格內(nèi)側(cè)，形成局部不溶性的微粒狀結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入網(wǎng)格的水分子由于極性作用狀結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入網(wǎng)格的水分子由于極性作用而局部凍結(jié)，失去活動性，形成而局部凍結(jié)，失去活動性

9、，形成“偽冰偽冰”（False ice）結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的這些作用，顯然親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)的這些作用，顯然都為高吸水性樹脂的吸水性能作了貢獻(xiàn)。都為高吸水性樹脂的吸水性能作了貢獻(xiàn)。v 實(shí)驗(yàn)證明，由于親水性水合作用而吸附實(shí)驗(yàn)證明，由于親水性水合作用而吸附在高吸水性樹脂中親水基團(tuán)周圍的水分子層在高吸水性樹脂中親水基團(tuán)周圍的水分子層厚度約為厚度約為5101061010 m，相當(dāng)于，相當(dāng)于 。v第一層第一層水分子是由親水性基團(tuán)與水分子形成了配水分子是由親水性基團(tuán)與水分子形成了配位鍵或氫鍵的位鍵或氫鍵的水合水水合水v第二、三層第二、三層則是水分子與水合水形成的氫鍵結(jié)合則是水分子與水合

10、水形成的氫鍵結(jié)合層。再往外，親水性基團(tuán)對水分子的作用力已很微層。再往外，親水性基團(tuán)對水分子的作用力已很微弱，水分子不再受到束縛。弱，水分子不再受到束縛。 按這種結(jié)構(gòu)計(jì)算，每克高吸水性樹脂所吸收按這種結(jié)構(gòu)計(jì)算，每克高吸水性樹脂所吸收的水合水的重量約為的水合水的重量約為68 g，加上疏水性基，加上疏水性基團(tuán)所凍結(jié)的水分子，也不過團(tuán)所凍結(jié)的水分子，也不過15 g左右。左右。這個數(shù)字，與高吸水性樹脂的吸水量相比，這個數(shù)字，與高吸水性樹脂的吸水量相比，相差相差12個數(shù)量級，而與棉花、海綿等的吸個數(shù)量級，而與棉花、海綿等的吸水量相當(dāng)。水量相當(dāng)。顯然，還有更重要的結(jié)構(gòu)因素在影響著樹脂顯然，還有更重要的結(jié)構(gòu)因

11、素在影響著樹脂的吸水能力。的吸水能力。 研究發(fā)現(xiàn)，高吸水性樹脂中的研究發(fā)現(xiàn)，高吸水性樹脂中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對對吸水性有很大的影響：吸水性有很大的影響：未經(jīng)交聯(lián)的樹脂基本上沒有吸水功能。未經(jīng)交聯(lián)的樹脂基本上沒有吸水功能。而少量交聯(lián)而少量交聯(lián)后，吸水率則會成百上千倍地增加。后，吸水率則會成百上千倍地增加。但隨著交聯(lián)密但隨著交聯(lián)密度的增加，吸水率反而下降。度的增加，吸水率反而下降。圖圖1為交聯(lián)劑聚乙二醇雙丙烯酸鹽（為交聯(lián)劑聚乙二醇雙丙烯酸鹽（PAGDA）對聚）對聚丙烯酸鈉系高吸水性樹脂吸水能力的影響。丙烯酸鈉系高吸水性樹脂吸水能力的影響。 圖圖1 交聯(lián)劑用量對吸水能力的影響交聯(lián)劑用量對吸水能力的影

12、響水 解OOO HOC H2O HO Hn - 2C H2C H2H N O CyC H2C HC O O N ax中 和濕 料沉 析烘 干 粉 碎纖 維 素 吸 水 樹脂 干 料N a O H 由圖中可見：由圖中可見：當(dāng)交聯(lián)劑用量從當(dāng)交聯(lián)劑用量從0.02 g增至增至0.4 g時，聚合物時，聚合物的吸水能力下降的吸水能力下降60以上。以上。從淀粉與丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸水從淀粉與丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸水能力變化來看，隨聚丙烯腈用量和平均分子能力變化來看，隨聚丙烯腈用量和平均分子量的增大，吸水量也隨之增加（見圖量的增大，吸水量也隨之增加（見圖2）。）。這些例子都證明，這些例子都證明，

13、適當(dāng)增大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利適當(dāng)增大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于吸水能力的提高于吸水能力的提高。圖圖2 AN含量對吸水能力的影響含量對吸水能力的影響第七章第七章 高吸水性樹脂高吸水性樹脂由此可見，被高吸水性樹脂吸收的水主要是由此可見，被高吸水性樹脂吸收的水主要是。據(jù)測定，當(dāng)網(wǎng)格的有效鏈長為據(jù)測定，當(dāng)網(wǎng)格的有效鏈長為109108m時，樹脂具有最大的吸水性。時，樹脂具有最大的吸水性。網(wǎng)格太小，水分子不易滲入，網(wǎng)格太大，則網(wǎng)格太小，水分子不易滲入，網(wǎng)格太大，則不具備保水性。不具備保水性。樹脂中親水性基團(tuán)的存在也是必不可少的條樹脂中親水性基團(tuán)的存在也是必不可少的條件，親水性基團(tuán)吸附水分子，并促使水分子件，親水性基團(tuán)吸附

14、水分子，并促使水分子向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透。向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透。在普通水中，水分子是以氫鍵形式互相連結(jié)在普通水中，水分子是以氫鍵形式互相連結(jié)在一起的，運(yùn)動受到一定限制。在一起的，運(yùn)動受到一定限制。在親水性基團(tuán)作用下，水分子易于擺脫氫鍵在親水性基團(tuán)作用下，水分子易于擺脫氫鍵的作用而成為自由水分子的作用而成為自由水分子，這就為網(wǎng)格的擴(kuò)，這就為網(wǎng)格的擴(kuò)張和向網(wǎng)格內(nèi)部的滲透創(chuàng)造了條件。張和向網(wǎng)格內(nèi)部的滲透創(chuàng)造了條件。水分子進(jìn)入高分子網(wǎng)格后，由于網(wǎng)格的彈性水分子進(jìn)入高分子網(wǎng)格后，由于網(wǎng)格的彈性束縛，水分子的熱運(yùn)動受到限制，不易重新束縛，水分子的熱運(yùn)動受到限制，不易重新從網(wǎng)格中逸出，因此，具有良好的保水性

15、。從網(wǎng)格中逸出，因此，具有良好的保水性。差熱分析結(jié)果表明，吸水后的樹脂在受熱至差熱分析結(jié)果表明，吸水后的樹脂在受熱至100 時，失水僅時，失水僅10左右；受熱至左右；受熱至150時，時，失水不超過失水不超過50，可見其保水性之優(yōu)良（見，可見其保水性之優(yōu)良（見表表1）。）。表表1 丙烯腈接枝淀粉的熱失水率丙烯腈接枝淀粉的熱失水率牌牌 號號100時失水率時失水率（）（）150時失水率時失水率（）（）SAN529.944.6SAN5311.139.3SAN615.4SAN6210.547.3SAN6311.649.2 高吸水性樹脂吸收水后發(fā)生溶脹，形成凝膠。高吸水性樹脂吸收水后發(fā)生溶脹，形成凝膠。在

16、溶脹過程中，在溶脹過程中，一方面，水分子力圖滲入網(wǎng)一方面，水分子力圖滲入網(wǎng)格內(nèi)使其體積膨脹，另一方面，由于交聯(lián)高格內(nèi)使其體積膨脹，另一方面，由于交聯(lián)高分子體積膨脹導(dǎo)致網(wǎng)格向三維空間擴(kuò)展，使分子體積膨脹導(dǎo)致網(wǎng)格向三維空間擴(kuò)展，使網(wǎng)鍵受到應(yīng)力而產(chǎn)生彈性收縮，阻止水分子網(wǎng)鍵受到應(yīng)力而產(chǎn)生彈性收縮，阻止水分子的進(jìn)一步滲入的進(jìn)一步滲入。當(dāng)這兩種相反的作用相互抵消時，溶脹達(dá)到當(dāng)這兩種相反的作用相互抵消時，溶脹達(dá)到了平衡，吸水量達(dá)到最大。了平衡，吸水量達(dá)到最大。H2O階段階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.SAP2.SAP的吸水原理的吸水原理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓滲透壓, ,水份進(jìn)一步

17、滲入水份進(jìn)一步滲入. .階段階段1 較慢。通過較慢。通過毛細(xì)管吸附毛細(xì)管吸附和和分散作用分散作用吸水。吸水。水分子通過水分子通過氫鍵氫鍵與樹脂的親水基團(tuán)作用與樹脂的親水基團(tuán)作用, ,親水基團(tuán)離解親水基團(tuán)離解, , 離子之間的靜電排斥力使離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。 交交聯(lián)聯(lián)點(diǎn)點(diǎn)（內(nèi)）（內(nèi)）（外）（外） 隨著吸水量的增大隨著吸水量的增大, ,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零; ;而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時, ,其彈性收縮力也在增加其彈性收縮力也在增加, ,逐漸抵逐漸抵消陰離子的靜電排斥消陰離子的靜電排斥, ,最終達(dá)到最終達(dá)到吸水平衡吸水平衡。階

18、段階段3吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖 二、分二、分 類類表表2 高吸水性樹脂分類高吸水性樹脂分類分分 類類 方方 法法類類 別別按原料來源分類按原料來源分類 淀粉類；淀粉類； 纖維素類；纖維素類； 合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系；合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系； 聚乙烯醇系；聚乙烯醇系； 聚氧乙烯系等。聚氧乙烯系等。按親水基團(tuán)引入方式按親水基團(tuán)引入方式分類分類 親水單體直接聚合；親水單體直接聚合； 疏水性單體羧甲基化；疏水性單體羧甲基化； 疏水性聚合物用親水單體接枝；疏水性聚合物用親水單體接枝； 腈基、酯基水解。腈基、酯基水解。按交聯(lián)方法分類按交聯(lián)方法分類 用交

19、聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)； 自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)； 輻射交聯(lián)；輻射交聯(lián)； 在水溶性聚合物中引入疏水在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類按產(chǎn)品形狀分類 粉末狀；粉末狀； 顆粒狀；顆粒狀； 薄片狀；薄片狀； 纖維狀。纖維狀。 高吸水性樹脂是高分子電介質(zhì)，對含有離高吸水性樹脂是高分子電介質(zhì)，對含有離子的液體吸收能力顯著下降，因此，產(chǎn)品的凈子的液體吸收能力顯著下降，因此，產(chǎn)品的凈化程度對吸水率影響很大。通常采用滲析、醇化程度對吸水率影響很大。通常采用滲析、醇沉淀、漂洗凈化，再用堿中和處理。沉淀、漂洗凈化，再用堿中和處理。醇沉淀及鼓醇沉淀及鼓

20、風(fēng)干燥的一般為風(fēng)干燥的一般為粒狀產(chǎn)品粒狀產(chǎn)品；滲析和酸沉淀及轉(zhuǎn)；滲析和酸沉淀及轉(zhuǎn)鼓干燥的一般制成鼓干燥的一般制成膜膜，也可加工為，也可加工為粒狀粒狀；若用；若用冷凍干燥，則可制得冷凍干燥，則可制得海綿狀海綿狀產(chǎn)品。這些形式都產(chǎn)品。這些形式都有各自的獨(dú)特用途。有各自的獨(dú)特用途。聚丙烯酸類聚丙烯酸類聚丙烯酸鈉交聯(lián)物聚丙烯酸鈉交聯(lián)物丙烯酸丙烯酸乙烯醇共聚物乙烯醇共聚物丙烯腈聚合皂化物丙烯腈聚合皂化物其它其它聚乙烯醇類聚乙烯醇類聚乙烯醇交聯(lián)聚合物聚乙烯醇交聯(lián)聚合物乙烯醇乙烯醇其它親水性單體接枝共聚物其它親水性單體接枝共聚物其它其它純合成高分子純合成高分子淀粉類淀粉類淀粉淀粉丙烯腈接枝聚合水解物丙烯腈接

21、枝聚合水解物淀粉淀粉丙烯酸共聚物丙烯酸共聚物淀粉淀粉丙烯酰胺接枝聚合物丙烯酰胺接枝聚合物其它其它纖維素類纖維素類纖維素接枝共聚物纖維素接枝共聚物纖維素衍生物交聯(lián)物纖維素衍生物交聯(lián)物其它其它其它其它多糖類多糖類(瓊脂糖、殼多糖瓊脂糖、殼多糖)、蛋白質(zhì)類等、蛋白質(zhì)類等天然高分子加工產(chǎn)物天然高分子加工產(chǎn)物（1）聚丙烯酸鹽類）聚丙烯酸鹽類目前生產(chǎn)最多的一類合成高吸水性樹脂，目前生產(chǎn)最多的一類合成高吸水性樹脂，由丙烯酸或其鹽類與具有二官能度的單體共由丙烯酸或其鹽類與具有二官能度的單體共聚而成。聚而成。制備方法有溶液聚合后干燥粉碎和懸浮聚合制備方法有溶液聚合后干燥粉碎和懸浮聚合兩種。兩種。吸水倍率較高，一

22、般均在千倍以上。吸水倍率較高，一般均在千倍以上。（2）聚丙烯腈水解物）聚丙烯腈水解物將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較低，故吸水倍率不太高，一般在含量較低，故吸水倍率不太高，一般在5001000倍左右。倍左右。（3）醋酸乙烯酯共聚物）醋酸乙烯酯共聚物 將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物

23、用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的的共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸水性樹酯。高吸水性樹酯。在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用范圍較廣。在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用范圍較廣。（4）改性聚乙烯醇類）改性聚乙烯醇類q 由由聚乙烯醇與環(huán)狀酸酐聚乙烯醇與環(huán)狀酸酐反應(yīng)而成，不需外反應(yīng)而成，不需外加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的產(chǎn)物。由日本加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的產(chǎn)物。由日本可樂麗公司首先開發(fā)成功，可樂麗公司首先開發(fā)成功，q 吸水倍率為吸水倍率為150400倍，雖吸水能力較低，倍，雖吸水能力較低，但初期吸水速度較快，耐熱性和保水性都

24、較但初期吸水速度較快，耐熱性和保水性都較好，故是一類適用面較廣的高吸水性樹脂。好，故是一類適用面較廣的高吸水性樹脂。淀粉系超高吸水高分子材料淀粉系超高吸水高分子材料直鏈淀粉直鏈淀粉支鏈淀粉支鏈淀粉淀粉結(jié)構(gòu)淀粉結(jié)構(gòu)超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式:一種是淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性一種是淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)化合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心于部北方研究中心于1966年開發(fā)成功年開發(fā)成功,并投入生產(chǎn)；并投入生產(chǎn)；另一類是淀粉與親

25、水性單體（如丙烯酸、丙烯另一類是淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，酰胺等）接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋化成公司首開先河的。是由日本三洋化成公司首開先河的。80年代我國開始了對淀粉系高吸水性樹脂的研年代我國開始了對淀粉系高吸水性樹脂的研究。究。 淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)：原料來源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都原料來源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都在千倍以上。在千倍以上。缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水性差，缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水性差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸水、在使用中易受細(xì)菌等微生物

26、分解而失去吸水、保水作用。保水作用。纖維素系超高吸水高分子材料纖維素系超高吸水高分子材料纖維素結(jié)構(gòu)纖維素結(jié)構(gòu)纖維素改性高吸水性樹脂的兩種形式纖維素改性高吸水性樹脂的兩種形式一種是纖維素與一氯醋酸反應(yīng)引入羧甲基后用一種是纖維素與一氯醋酸反應(yīng)引入羧甲基后用交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；另一種是由纖維素與親水性單體接枝共聚產(chǎn)物。另一種是由纖維素與親水性單體接枝共聚產(chǎn)物。 纖維素改性高吸水性樹脂的吸水倍率較低，同纖維素改性高吸水性樹脂的吸水倍率較低，同時亦存在易受細(xì)菌的分解失去吸水、保水能力的時亦存在易受細(xì)菌的分解失去吸水、保水能力的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。 與淀粉類高吸水性樹脂相比，纖維素類的與淀

27、粉類高吸水性樹脂相比，纖維素類的吸水能力比較低，一般為自身重量的幾百倍，吸水能力比較低，一般為自身重量的幾百倍，但是作為纖維素形態(tài)的吸水性樹脂在一些特殊但是作為纖維素形態(tài)的吸水性樹脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉類往往無法取代。例形式的用途方面，淀粉類往往無法取代。例如，與合成纖維混紡制作高吸水性織物，以改如，與合成纖維混紡制作高吸水性織物，以改善合成纖維的吸水性能。這方面的應(yīng)用顯然非善合成纖維的吸水性能。這方面的應(yīng)用顯然非纖維素類莫屬。纖維素類莫屬。區(qū)區(qū)別別與與聯(lián)聯(lián)系系 淀淀 粉粉 系系纖維素系纖維素系合成系合成系價格低廉、生物降解性能好價格低廉、生物降解性能好抗霉解性優(yōu)抗霉解性優(yōu)工藝簡單工

28、藝簡單，吸水、，吸水、保水能力強(qiáng)保水能力強(qiáng) 吸吸水速度較快耐水水速度較快耐水解，吸水后凝膠解，吸水后凝膠強(qiáng)度大，保水性強(qiáng)度大，保水性強(qiáng)強(qiáng).抗菌性好抗菌性好.但但可降解性差可降解性差.適適用于工業(yè)生產(chǎn)用于工業(yè)生產(chǎn)缺缺點(diǎn)點(diǎn) 合成合成工藝復(fù)雜工藝復(fù)雜，易腐敗，耐熱性，易腐敗，耐熱性不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水性差，耐水解性較差性差，耐水解性較差。 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn) 儲量豐富，可不斷再生，成本低儲量豐富，可不斷再生，成本低;無毒且能微生物分解，可減少對環(huán)境無毒且能微生物分解，可減少對環(huán)境的污染。的污染。共共同同點(diǎn)點(diǎn) 均是葡萄糖的多聚體，可以采用均是葡萄糖的多聚體，可以采用相

29、類似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行相類似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行吸水樹脂的制備吸水樹脂的制備四、四、SAP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征：高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征：a.分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；d.聚合物具有較高的分子量聚合物具有較高的分子量 主鏈或側(cè)鏈上含有親水性基團(tuán)，如主鏈或側(cè)鏈上含有親水性基團(tuán)，如 -3、 -、 -2、 -等等 吸水能力：吸水能力：-3-2- 低交聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的骨架可以低交

30、聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的骨架可以是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹脂是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹脂( (如聚如聚丙烯酸類）。丙烯酸類）。從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：從物理結(jié)構(gòu)看：從物理結(jié)構(gòu)看：從微觀結(jié)構(gòu)看：從微觀結(jié)構(gòu)看：因其合成體系不同而呈現(xiàn)多樣性：因其合成體系不同而呈現(xiàn)多樣性：淀粉接枝丙烯酸呈海島型結(jié)構(gòu)淀粉接枝丙烯酸呈海島型結(jié)構(gòu)纖維素接枝丙烯酰胺呈峰窩型結(jié)構(gòu)纖維素接枝丙烯酰胺呈峰窩型結(jié)構(gòu).部分水解的聚丙烯酞胺樹脂則呈部分水解的聚丙烯酞胺樹脂則呈粒狀結(jié)構(gòu)粒狀結(jié)構(gòu)淀粉聚丙烯酸鈉接枝聚合物模型圖淀粉聚丙烯酸鈉接枝聚合物模型圖微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)術(shù)語術(shù)語 解釋

31、解釋 影影 響響引引發(fā)發(fā)劑劑 引發(fā)自由引發(fā)自由基鏈反應(yīng)基鏈反應(yīng) 用量：一般為單體的用量：一般為單體的0.010.8% 用量過多：用量過多： 網(wǎng)絡(luò)變小網(wǎng)絡(luò)變小 吸水率吸水率 用量過少：用量過少： 可溶部分增多可溶部分增多 吸水率吸水率交交聯(lián)聯(lián)劑劑 令聚合物令聚合物鏈相互交聯(lián)鏈相互交聯(lián) 決定了樹決定了樹脂空間網(wǎng)絡(luò)脂空間網(wǎng)絡(luò)的大小的大小 用量：一般為用量：一般為0.20.8% 用量過多：網(wǎng)絡(luò)收縮用量過多：網(wǎng)絡(luò)收縮 吸水率吸水率 用量太少：樹脂溶解度用量太少：樹脂溶解度 吸水率吸水率四、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語四、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語OHOHH OHO HHO HOOHH OO HHHHO

32、 HOOHH OO HOHHO H原料原料糊化糊化通氮凈化通氮凈化硝酸鈰胺硝酸鈰胺硝硝酸酸丙烯腈丙烯腈氫氧化鈉溶液氫氧化鈉溶液離心中和離心中和產(chǎn)品產(chǎn)品粉碎粉碎調(diào)調(diào)PH 干燥干燥制造制造SAPSAP的新方法的新方法微波法微波法高效節(jié)能，無環(huán)境污染高效節(jié)能，無環(huán)境污染加熱速度快、均勻、有選擇性、無滯后效應(yīng)加熱速度快、均勻、有選擇性、無滯后效應(yīng)紙漿纖維紙漿纖維2.53.5min單體丙烯酸單體丙烯酸高吸水性樹脂的基本特性高吸水性樹脂的基本特性 高吸水性高吸水性 加壓保水性加壓保水性吸氨性吸氨性增稠性增稠性1 高吸水性高吸水性 作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最重要

33、的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的50012000倍左右，最高可達(dá)倍左右，最高可達(dá)4000倍以上，倍以上，是紙和是紙和棉花等材料吸水能力的棉花等材料吸水能力的100倍左右倍左右。 考察和表征高吸水性樹脂吸考察和表征高吸水性樹脂吸水性的指標(biāo)通常有兩個：水性的指標(biāo)通常有兩個： 吸水率吸水率 吸水速度吸水速度1.1 吸水率吸水率吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為單位為g水水/g樹脂

34、。樹脂。影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品影響樹脂吸水率有很多因素，除了產(chǎn)品本身的本身的化學(xué)組成化學(xué)組成之外，還與產(chǎn)品的之外，還與產(chǎn)品的交聯(lián)交聯(lián)度度、水解度水解度和和被吸液體的性質(zhì)被吸液體的性質(zhì)等有關(guān)。等有關(guān)。高吸水性樹脂在未經(jīng)交聯(lián)前，一般是水溶性高吸水性樹脂在未經(jīng)交聯(lián)前，一般是水溶性的，不具備吸水性或吸水性很低，因此通常的，不具備吸水性或吸水性很低，因此通常需要進(jìn)行交聯(lián)。需要進(jìn)行交聯(lián)。實(shí)驗(yàn)表明，交聯(lián)密度過高對吸水性并無好處。實(shí)驗(yàn)表明，交聯(lián)密度過高對吸水性并無好處。交聯(lián)密度過高，一方面，網(wǎng)格太小而影響水交聯(lián)密度過高，一方面，網(wǎng)格太小而影響水分子的滲透，另一方面，橡膠彈性的作用增分子的滲透，另一

35、方面，橡膠彈性的作用增大，也不利于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透，因此大，也不利于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透，因此造成吸水能力的降低。造成吸水能力的降低。（1）交聯(lián)度對吸水性的影響）交聯(lián)度對吸水性的影響高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增加高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增加而增加。而增加。當(dāng)水解度高于一定數(shù)值后，吸水率反而下降。當(dāng)水解度高于一定數(shù)值后，吸水率反而下降。這是因?yàn)殡S著水解度的增加，親水性基團(tuán)的這是因?yàn)殡S著水解度的增加，親水性基團(tuán)的數(shù)目固然增加，但交聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解數(shù)目固然增加，但交聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格受到破壞，從而影響而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格受到破壞，從而影響吸水性。吸水性

36、。（2）水解度對吸水率的影響）水解度對吸水率的影響高吸水性樹脂是高分子電解質(zhì)，水中高吸水性樹脂是高分子電解質(zhì)，水中鹽類物鹽類物質(zhì)的存在和質(zhì)的存在和pH值的變化都會顯著影響樹脂的值的變化都會顯著影響樹脂的吸水能力吸水能力酸、堿、鹽的存在，一方面影響親水的羧酸酸、堿、鹽的存在，一方面影響親水的羧酸鹽基團(tuán)的解離，另鹽基團(tuán)的解離，另方面由于方面由于而使原而使原來在水中應(yīng)擴(kuò)張的網(wǎng)格收縮，與水分子的親來在水中應(yīng)擴(kuò)張的網(wǎng)格收縮，與水分子的親和力降低，因此吸水率降低。和力降低，因此吸水率降低。（3）被吸液的）被吸液的pH值與鹽分對吸水率的影響值與鹽分對吸水率的影響v 在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之在樹

37、脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形所后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形所影響。影響。v一般來說，一般來說，樹脂的表面積越大，吸水速度也樹脂的表面積越大，吸水速度也越快。越快。v所以，薄膜狀樹脂的吸水速度通常較快，而所以，薄膜狀樹脂的吸水速度通常較快，而與水接觸后易聚集成團(tuán)的粉末狀樹脂的吸水與水接觸后易聚集成團(tuán)的粉末狀樹脂的吸水速度相對較慢。速度相對較慢。4.1.2 吸水速率吸水速率 與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，與紙張、棉花、海綿等吸水材料相比，高高吸水性樹脂的吸水速率較慢吸水性樹脂的吸水速率較慢，一般在，一般在1分種至分種至數(shù)分鐘內(nèi)吸水量達(dá)到最大。數(shù)

38、分鐘內(nèi)吸水量達(dá)到最大。樹脂形狀對吸水速率樹脂形狀對吸水速率的影響的影響紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用紙張、棉花和海綿等材料：物理吸水作用高吸水性樹脂的吸水能力是由化學(xué)作用和物高吸水性樹脂的吸水能力是由化學(xué)作用和物理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量的理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量的羧羧基、羥基和酰氧基團(tuán)基、羥基和酰氧基團(tuán)與水分子之間的強(qiáng)烈范與水分子之間的強(qiáng)烈范得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈得華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的保水能力很強(qiáng)，即使在加壓下也不凝膠體的保水能力很強(qiáng)，即使在加壓下也不易擠出來。易擠出來。2 加壓保水性加壓保水性 例如，將例如，將300 g砂子與砂子與0.3 g（0.1）高吸水）高吸水性樹脂混合，加入性樹脂混合，加入100 g水，置于水，置于20、相對濕、相對濕度度60的環(huán)境下，大約的環(huán)境下，大約30