超強(qiáng)吸水高分子材料

1、超強(qiáng)吸水高分子材料超強(qiáng)吸水高分子材料優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)用途用途一、吸一、吸 水水 原原 理理二、分類(lèi)二、分類(lèi)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(yǔ)五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語(yǔ)六、接枝共聚反應(yīng)實(shí)例六、接枝共聚反應(yīng)實(shí)例Super高吸水性樹(shù)脂高吸水性樹(shù)脂(Super Absorbent Polymer簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)SAP)也稱(chēng)為也稱(chēng)為高吸水性樹(shù)脂高吸水性樹(shù)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有優(yōu)異吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。 高吸水性樹(shù)脂高吸水性樹(shù)脂Super既然安上既然安上

2、super這個(gè)頭銜這個(gè)頭銜,那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別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Super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。可達(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SuperSAP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 超強(qiáng)吸水高分子材料綜述超強(qiáng)吸水高分子材料綜述Super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SuperSuperSuper四、四、SAP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 主鏈

3、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)的骨架可以是低交聯(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(shù)脂淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹(shù)脂( (如聚丙如聚丙烯酸類(lèi)）。烯酸類(lèi)）。1 1）從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：）從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：2 2）從物理結(jié)構(gòu)看：）從物理結(jié)構(gòu)看：Super3）內(nèi)部有濃度高的離子性基團(tuán)，保證內(nèi)部有高的離子）內(nèi)部有濃度高的離子性基團(tuán)，保證內(nèi)部有高的離子濃度，從而有高的滲透壓。濃度，從而有高的滲透壓。4）聚合物分子量較高，分子量增加，吸水后的機(jī)）聚合物分子量

4、較高，分子量增加，吸水后的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)較高，吸水能力也會(huì)高一些。械強(qiáng)度會(huì)較高，吸水能力也會(huì)高一些。SuperSuperSAP合成高分子系合成高分子系淀粉系淀粉系纖維素系纖維素系二、分二、分 類(lèi)類(lèi)甲殼質(zhì)衍生物甲殼質(zhì)衍生物Super聚丙烯酸類(lèi)聚丙烯酸類(lèi)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、聚丙烯酰胺丙烯腈聚合皂化物、聚丙烯酰胺其它其它聚乙烯醇類(lèi)聚乙烯醇類(lèi)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Super淀粉類(lèi)淀粉類(lèi)淀粉淀粉丙烯腈接枝聚合水解物丙烯腈接枝聚合水解物淀粉

5、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(lèi)纖維素類(lèi)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(lèi)多糖類(lèi)(瓊脂糖、殼多糖瓊脂糖、殼多糖)、蛋白質(zhì)類(lèi)等、蛋白質(zhì)類(lèi)等天然高分子加工產(chǎn)物天然高分子加工產(chǎn)物Super親水基團(tuán)上分離子型（多以羧酸鹽基團(tuán)）離子型（多以羧酸鹽基團(tuán)）非離子型（羥基、醚鍵和氨基）非離子型（羥基、醚鍵和氨基）結(jié)構(gòu)外型分粉末、纖維、顆粒、薄膜粉末、纖維、顆粒、薄膜一、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

6、吸附原理。毛細(xì)管的吸附原理。有壓力時(shí)水會(huì)流出。有壓力時(shí)水會(huì)流出。通過(guò)化學(xué)鍵的方式把水和親水通過(guò)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(gè)整性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個(gè)整體。加壓也不能把水放出。體。加壓也不能把水放出。H2O階段階段2吸水樹(shù)脂的離子型網(wǎng)絡(luò)吸水樹(shù)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)一步滲入水份進(jìn)一步滲入. .階段階段1 較慢。通過(guò)較慢。通過(guò)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(guò)水分子通過(guò)氫鍵氫鍵與樹(shù)脂的親水基團(tuán)作用與樹(shù)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

7、離子之間的靜電排斥力使樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。樹(shù)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）吸收大量水而不流失是基于材料的親水性、溶脹性和保水性。吸收大量水而不流失是基于材料的親水性、溶脹性和保水性。1）親水溶脹）親水溶脹2 2）離子化保持滲透壓）離子化保持滲透壓 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(shí)而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時(shí), ,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。階段階段3吸水劑微球吸水過(guò)程的體積變化示意圖吸水劑微球吸水過(guò)程的體

8、積變化示意圖 3 3）交聯(lián)骨架防止溶解達(dá)到平衡）交聯(lián)骨架防止溶解達(dá)到平衡最大吸水量最大吸水量- -可用可用2424小時(shí)吸水量表示小時(shí)吸水量表示。 1 1）樹(shù)脂化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響）樹(shù)脂化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響 首先要含有大量的強(qiáng)親水性基團(tuán)，這樣可使水首先要含有大量的強(qiáng)親水性基團(tuán)，這樣可使水與聚合物間的作用大于聚合物之間的作用力，因而后者易于吸水而溶脹。與聚合物間的作用大于聚合物之間的作用力，因而后者易于吸水而溶脹。其次，分子中要含有大量的可離子化的基團(tuán)，從而在溶脹后可以提供較大其次，分子中要含有大量的可離子化的基團(tuán)，從而在溶脹后可以提供較大滲透壓。滲透壓。 2 2）樹(shù)脂鏈段結(jié)構(gòu)的影響）樹(shù)脂鏈段結(jié)構(gòu)的影響 這是

9、為了解決保水的問(wèn)題，適度的交聯(lián)度可以這是為了解決保水的問(wèn)題，適度的交聯(lián)度可以使溶脹不至于溶解，對(duì)吸收的水起到封閉作用，使吸水后樹(shù)脂凝膠保持使溶脹不至于溶解，對(duì)吸收的水起到封閉作用，使吸水后樹(shù)脂凝膠保持一定機(jī)械強(qiáng)度。但交聯(lián)度不能太高，太高將限制樹(shù)脂的溶脹。一定機(jī)械強(qiáng)度。但交聯(lián)度不能太高，太高將限制樹(shù)脂的溶脹。3 3）外部因素的影響）外部因素的影響 水中鹽濃度、溫度（影響水表面張力）和壓力。水中鹽濃度、溫度（影響水表面張力）和壓力。合成超高吸水高分子材料合成超高吸水高分子材料 目前主要分為聚丙烯酸（鹽）目前主要分為聚丙烯酸（鹽） ，聚乙烯醇兩大類(lèi)。，聚乙烯醇兩大類(lèi)。 其中，聚丙烯酸（鹽）類(lèi)的研究最

10、多，產(chǎn)量最大。其中，聚丙烯酸（鹽）類(lèi)的研究最多，產(chǎn)量最大。類(lèi)別類(lèi)別聚聚 丙烯酸（鹽）類(lèi)丙烯酸（鹽）類(lèi) 聚聚 乙乙 烯烯 醇醇 類(lèi)類(lèi)比比較較 吸水性強(qiáng)，工藝成吸水性強(qiáng)，工藝成熟，合成方法多樣。熟，合成方法多樣。 吸水倍率不及聚丙烯酸吸水倍率不及聚丙烯酸類(lèi)類(lèi),但它的特點(diǎn)是吸水速度但它的特點(diǎn)是吸水速度快快,23分鐘內(nèi)即可達(dá)到飽和分鐘內(nèi)即可達(dá)到飽和吸水量的一半。吸水量的一半。線(xiàn)型聚丙線(xiàn)型聚丙 烯烯 酸酸 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 CH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOH合成超高吸水高分子材料合成超高吸水高分子材料80年代我國(guó)開(kāi)始了對(duì)淀粉系

11、高吸水性樹(shù)脂的研究年代我國(guó)開(kāi)始了對(duì)淀粉系高吸水性樹(shù)脂的研究。超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系，美國(guó)北方農(nóng)業(yè)省研究所從淀粉接枝丙烯腈開(kāi)始，超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系，美國(guó)北方農(nóng)業(yè)省研究所從淀粉接枝丙烯腈開(kāi)始，接著于接著于1966年完成該項(xiàng)研究，并投入生產(chǎn)。年完成該項(xiàng)研究，并投入生產(chǎn)。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)OHOHHOHO HHO HOOHHOO HHHHO HOOHHOO HOHHO H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OOOOOOO纖維素結(jié)構(gòu)纖維素結(jié)構(gòu)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

12、合成系合成系價(jià)格低廉、生物降解性能好價(jià)格低廉、生物降解性能好抗霉解性?xún)?yōu)抗霉解性?xún)?yōu)工藝簡(jiǎn)單，吸水、工藝簡(jiǎn)單，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) 合成工藝復(fù)雜，易腐敗，耐熱性合成工藝復(fù)雜，易腐敗，耐熱性不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)期保水不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)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(chǔ)量豐富，可不斷再生，成本低儲(chǔ)量豐富，可不斷再生，成本低;無(wú)毒且能微生物分解，可減少對(duì)環(huán)境無(wú)毒且能微生物分解，可減少對(duì)環(huán)

13、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，可以采用相類(lèi)似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行相類(lèi)似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行吸水樹(shù)脂的制備吸水樹(shù)脂的制備甲殼質(zhì)衍生物術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ) 解釋解釋 影影 響響引引發(fā)發(fā)劑劑 引發(fā)自由引發(fā)自由基聚合反應(yīng)基聚合反應(yīng) 用量：一般為單體的用量：一般為單體的0.010.8% 用量過(guò)多：用量過(guò)多： 網(wǎng)絡(luò)變小網(wǎng)絡(luò)變小 吸水率吸水率 用量過(guò)少：用量過(guò)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(shù)決定了樹(shù)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(guò)多：網(wǎng)絡(luò)收縮用量過(guò)多：網(wǎng)絡(luò)收縮 吸水率吸水率 用量太少：樹(shù)脂溶解度用量太少：樹(shù)脂溶解度 吸水率吸水率合成高吸水分子中一些重要術(shù)語(yǔ)合成高吸水分子中一些重要術(shù)語(yǔ)天然產(chǎn)物的接枝改性天然產(chǎn)物的接枝改性O(shè)OHOOCH2OHnOHHCe4+OOHOOCH2OHnHOHOOOOCH2OHnHHOH+Ce3+淀粉自由基H2CCHCN接枝聚合CH2CHCNn淀粉OH-水解CH2CHn淀粉COO-OOOHOCH2OHn-2OCH2OHOOHOOHn-2活 化17.5%NaOHmCH2CHCNK+鹽引發(fā)劑CH2CHCN mOH水解OOOHOCH2OHOHn-2CH2CH2HNOCyCH2CHCOONax中和濕