高分子吸水树脂SAP剖析
超强吸水材料SAP应用和研究进展
超强吸水材料SAP应用和研究进展胡登平学号08080323摘要：超强吸水树脂作为一种新型的功能高分子材料，其具有两个显著特点:高吸水性和高保水性。
考虑其重要应用价值和经济价值[1-4]，人们对它的研究越来越立体化，多角度，本文先是简单介绍了超强吸水材料SAP的组成，结构，吸水原理和分类。
后面重点介绍了现在国内关于SAP的研究，着重讲解了SAP对农作物的生长，环境保护以及石油开采中的应用。
关键字：超强吸水材料应用现状研究进展一．SAP的组成和结构：SAP的中文全称是高吸水树脂，英文全称是Super absorbent polymer,它是一种功能高分子材料，具有很高的分子量，主要是有碳氢原子和杂原子组成。
其结构特征有三点：一是分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；二是树脂具有交联结构；三是聚合物内部具有较高的离子浓度。
再从三个角度解剖一下SAP的结构：从化学结构看，主链或侧链上含有亲水性基团，如-SO3H，-COOH，-CONH2，-OH等；从物理结构看，低交联度的三维网络，网络的骨架可以是淀粉，纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。
从微观结构看，因其合成体系不同而呈现多样性：淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构，纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构，部分水解的聚丙烯酞胺树脂则呈粒状结构。
二．SAP的吸水原理和分类：一般吸水的原理分为物理吸附和化学吸附，而SAP正是通过化学键结合把水和亲水性基团结合在一起，从而达到吸水的目的，具体的吸水过程可以分为三步，首先是通过毛细管吸附和分散作用吸水，这一步的速度很慢的；而到了第二步速度明显增快，是水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。
最后随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。
SAP的分类方法很多，可以根据原料来源分为淀粉系，纤维素系以及合成高分子系[5-6]。
高吸水树脂sap详尽介绍
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2. 吸水速率
在树脂的化学组成、交联度等因素都确定 之后。高吸水性树脂的吸水速度主要受其形状 所影响。一般来说，树脂的表面积越大，吸水 速度也越快。所以，薄膜状树脂的吸水速度通 常较快，而与水接触后易聚集成团的粉末状树 脂的吸水速度相对较慢。
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2.加压保水性
吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。物理意义为每 克树脂吸收的水的重量。单位为g（水）/g（树脂）。
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影响树脂吸水率有很多因素，除了产品本 身的化学组成之外，还与产品的交联度、水解 度和被吸液体的性质等有关。 （1）交联度对吸水率的影响
高吸水性树脂在未经交联前，一般是水溶 性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常 需要进行交联。
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H2O
内外
交
联
吸水树脂的离子2型1 网络
点
阶段3：随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差
趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增 加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
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高吸水性树脂的分类
分类方法 按原料来源分类
类别
（3）研发新型的复合型高吸水树脂利用无机或有机材料与 高吸水树脂物理混合或参与聚合反应而制得的复合型高吸 水树脂。
4
高吸水性树脂的形成条件
• a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、 羧基，能够与水分子形成氢键；
• b.树脂具有交联结构； • c.聚合物内部具有较高的离子浓度； • d.聚合物具有较高的分子量 。
5
高吸水性树脂的结构与性能
结构：
关于高吸水性树脂的研究与应用
关于高吸水性树脂的研究与应用摘要：高吸水性树脂广泛地应用于各个行业领域，在经济建设中起着举足轻重的作用。
本文主要介绍了高吸水性树脂的研究方向和研究领域，以及高吸水性树脂在各个行业的应用与作用，并展望了高吸水性树脂的未来发展方向。
关键词：高吸水高分子树脂研究高吸水性树脂（SAP）是一种新型功能高分子材料。
它是具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000%以上。
SAP的优良特性决定了它具有广阔的应用前景，一般在医用材料、工业、建筑行业、轻工业、食品以及日用品等方面应用比较广泛。
一、高吸水性树脂的研究方向高吸水性树脂的研究主要是从吸水率、吸水速度、凝胶强度三个方面进行研究。
通过改进树脂粒子的形状，增大比表面积，可以提高其吸水率。
离子型的高吸水性树脂，如聚丙烯酸盐，由于同离子屏蔽效应造成其耐盐性差，通过于非离子型单体共聚，可以提高其耐盐性。
复合吸水材料是改进吸水性树脂凝胶强度的新方法。
为了提高吸水性树脂的吸水性能，广大科研工作者已经做了大量工作，不断优化和改进已有的合成体系，同时还在努力探索新的聚合方法和聚合体系。
高性能化、复合化和低成本的农用高吸水性树脂是未来研究的发展方向。
我国的研究起步较晚，尚未形成规模生产能力，因此未来在研究和应用高吸水性树脂主要加强以下几个方面的工作：1.加强其制备方法的研究：它的综合性能的改善取决于多种因素，但制备方法的研究非常重要。
反应原料不同的聚合工艺或采用相同的反应原料而不同的合成手段，其产物的性能有较大差别。
2.加强有机-无机复合研究：复合化是改进树脂吸水性能和强度的新方法。
树脂可易于无机物、有机物复合，制备出性能优良，成本低廉的吸水材料，其兼有多种性能。
3.加强多功能的研究：目前在农业应用中，单一用高吸水性树脂很难发挥作用，需要与各种肥料抗旱剂和微量元素配合使用，以提高土壤的保水抗旱能力和肥力。
高吸水树脂SAP的应用及发展趋势
单位:仟吨/年
中東 南美洲 東南亞 中國 北美洲 西歐 東北亞
2014
2014 803 552 550 827 309 60 80 3,181
2015
2015 843 552 550 907 429 60 80 3,421
年度 产能 需求 需求/产能
2013 522 267 51%
2014 827 315 38%
2015 907 385 42%
2016 907 465 51%
2017 907 545 60%
年增率 13.8% 19.5% -
得利于单独二胎政策，推测2014年起SAP需求将大幅成长
数据源:中国生活用纸协会、化学工业日报 16
Hydrophilic polymer chain Cross-linkage between polymer chain COO- ions formed after absorption => expansion Na+ ions formed after absorption => Osmolality
反应法 生产商 产能 (仟吨/年) 比率(%)
逆相悬浮聚合 住友 279 8.77 三大雅 20 0.63
水溶液聚合 台塑、NSCL、BASF 等厂商(含三大雅) 2,882 90.60
合计 -3,181 100%
10
高吸水树脂(SAP)用途
For water retainer: 4% 电缆阻水剂 電纜阻水劑
中国地区主要SAP厂商产能
单位：仟吨/年 制造商 三大雅(江苏南通） 丹森(江苏宜兴) 日本触媒(张家港) 台塑(宁波) BASF(南京) 邦丽达(福建泉州) 上海华谊 嘉兴卫星 山东诺尔 济南昊月(山东济南) 烟台万华 其它 合计 2013 140 100 30 45 0 40 40 30 50 40 0 7 522 2014 140 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 827 2015 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907 2016 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907 2017 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907
高分子SAP吸水树脂品类报告
8
上海华谊
16
江协裕廊
20
8
北京东方
8
2.4
沈阳石蜡
8
嘉兴卫星
4
吉林化工
3.3
14
五、上游材料趋势分析
信息来源： 信息来源：外部网站挂牌价 15 备注: 高分子原料基本全部高纯丙烯酸, 备注: 高分子原料基本全部高纯丙烯酸,故产品价格直接受丙烯酸行情影响
反相悬浮聚合法：
该法以溶剂为分散介质，经碱中和的水溶液单体丙烯酸钠，在悬浮分散 剂和揽拌作用下分散成水相液滴，引发剂和效联剂在水相液滴中进行聚 合。解决了水溶液聚合法的传热、揽拌困难等问题，且反应条件温和， 可直接获得珠状产品。生产的SAP粒径大小，可根据用途和吸水要求调 节：且吸水率高，速度快。该法缺点是：主设备材质要求高，设备投资 大：污染高明，只能间歇性生产，设备利用率低，生产效率低。
吸盐水倍率
67 60 65 62 67 65 60 65 67
吸纯水倍率
280 245 177 143 245 105 93 108 93
10
注：住友吸纯水能力突出，各厂家吸生理盐水能力相当 住友吸纯水能力突出，
四、老化实验测试对比表
LG
巴斯夫757
巴斯夫7061
三大雅
住友
邦丽达
台速宝 11
高分子放入平面皿中， 月老化， 注:将40g高分子放入平面皿中，进行 月老化，温度 ℃，湿度 ％的老化测试 将 高分子放入平面皿中 进行2月老化 温度50℃ 湿度90％
最优
备注:因老化实验结果为我司检测高分子重要参数 我司目标供应商锁定在最优档 备注 因老化实验结果为我司检测高分子重要参数,我司目标供应商锁定在最优档 因老化实验结果为我司检测高分子重要参数
高吸水树脂sap详尽介绍
本次项目成果回顾
成功合成高吸水树脂SAP，并验证其吸水性能 拓展了SAP在农业、卫生用品等领域的应用研究
探究了不同合成条件对SAP性能的影响，优化了合成工 艺
建立了完善的SAP性能评价体系，为后续研究提供了有 力支持
存在问题和挑战识别
01
SAP吸水速率和吸水量 仍有提升空间，需进一 步优化配方和工艺
成品检测
对SAP的吸水性能、保水性能、粒度分布等指标进行检测， 确保产品质量符合要求。
工艺流程图解析
工艺流程图
原料→预处理→聚合反应→后处理→成品检测→包装→入库。
流程图解析
详细解析每个工艺步骤的操作要点和注意事项，帮助读者更好地理解SAP的制 备过程。
03 SAP的物理化学性质分析
外观形态与颜色特征
02
SAP在长期使用过程中 的稳定性有待提高，需 加强耐久性研究
03
SAP生产成本较高，限 制了其在某些领域的应 用推广
04
环保法规对SAP生产和使 用的要求日益严格，需关 注环保型SAP的研发
下一步工作计划安排
深入研究SAP吸水机理，探索 提高吸水速率和吸水量的新方
法
开展SAP耐久性试验，评估其 在不同环境下的性能变化
VS
国外生产商
国际知名SAP生产商如BASF、Dow等在 中国市场占据一定份额，但面临国内企业 的激烈竞争。
政策法规影响分析
环保政策
随着环保意识的提高，政府对SAP生产过程中的环保要求越来越严格，推动企业加大环 保投入。
产业政策
国家出台了一系列鼓励新材料产业发展的政策，为SAP产业的发展提供了良好的政策环 境。
其他领域拓展思路分享
医疗卫生
在医疗卫生领域，SAP可以应用于手术缝合线、止血材料等医疗用 品中，提高产品的吸水性和止血性能。
超强吸水高分子材料解析
系
共 同 点
储量丰富，可不断再生，成本低; 无毒且能微生物分解，可减少对环境 的污染。
均是葡萄糖的多聚体，可以采用 相类似的单体、引发剂、交联剂进行 吸水树脂的制备
解，吸水后凝胶 强度大，保水性 强.抗菌性好.但 可降解性差.适 用于工业生产
甲壳质衍生物
合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引
较
聚 丙烯酸（盐）类
聚乙烯醇类
吸水性强，工艺成
吸水倍率不及聚丙烯酸 类,但它的特点是吸水速度
熟，合成方法多样。 快,2～3分钟内即可达到饱和
吸水量的一半。
合成超高吸水高分子材料
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COOH
COOH COOH COOH COOH COOH
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
淀粉系超高吸水高分子材料
超强吸水剂的研究起源于淀粉系，美国北方农业省研究所从淀粉接枝丙烯腈开始， 接着于1966年完成该项研究，并投入生产。 80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。
淀粉结构 支链淀粉 直链淀粉
H OH
O HO
HO
H H
OH
O HO
OH
HO
H H
H
使溶胀不至于溶解，对吸收的水起到封闭作用，使吸水后树脂凝胶保持 一定机械强度。但交联度不能太高，太高将限制树脂的溶胀。
3）外部因素的影响 水中盐浓度、温度（影响水表面张力）和压力。
合成超高吸水高分子材料
目前主要分为聚丙烯酸（盐） ，聚乙烯醇两大类。 其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。
类别 比
Super 结构外型分
粉末、纤维、颗粒、薄膜
浅谈SAP(高吸水树脂)对高性能混凝土性能的影响
建筑工程 Architectural Engineering高性能混凝土有着内部结构强韧的特点，因此对高性能混凝土进行外部养护的效果不是特别显著。
相关高性能混凝土维护人员要多角度考虑高性能混凝土的养护方式，可以从高性能混凝土的内部养护开始，对高性能混凝土进行定期养护。
其中，高性能混凝土的内部固化养护技术可分为两大类：水饱和轻骨料内固化技术和高吸水性树脂内固化技术。
高吸水性树脂是一种高吸水率的高分子材料。
其内部空间结构能吸收和储存水分。
它在混凝土中充当水库的角色。
当渗透压力随水溶液变化时，释放水以改善混凝土内部相对湿度，从而达到内部养护的作用。
高吸水性树脂作为混凝土内部养护的主要材料，可以很大程度上减少混凝土收缩。
据调查显示，目前国内对内固化技术的研究还比较少，大多停留在试验阶段，并且我国国内还没有规范的内部固化技术研究。
因此，笔者主要是对比两种不同牌号的吸水树脂的实际使用结果，对高吸水性树脂在水泥砂浆中的应用进行了全面的研究。
一、试验材料及内容（一）试验原材料水泥应该选择选用P.O42.5级水泥。
经过严格的高性能混凝土挑选，最终选出泥浆含量、砂料密度等各项指标均符合相关规范的高性能混凝土。
使用的添加剂均是自主研发的引气减水剂，以保证最终结果的科学性。
为区分两种不同品牌的高吸水性树脂，笔者在试验的过程中将两种高吸水性树脂分别为编号1和编号2，在对高吸水性树脂投入到高性能混凝土的使用中，用量均占高性能混凝土质量的0.1%，无偏差。
（二）水泥胶砂试件强度试验本篇文章在进行水泥胶砂试件强度试验时，按照ISO法进行水泥胶砂的制备和强度检验工作，成型后的水泥胶砂试件尺寸分别设置为40mmx、40mmx、160mmx，等到24h之后，并且水泥胶砂脱模完成后，将处理好的水泥胶砂移到标准养护室进行养护，随后工作人员对水泥胶砂试件7d强度和28d强度进行测试。
在水泥砂浆的干缩性能试验测试前，采用了“水泥胶砂干缩试验方法”，除此之外，再用预吸水法将高吸水性树脂与水泥砂浆进行严格的比例混合。
SAP高吸水性树脂市场分析报告
2.12 高吸水性树脂高吸水性树脂，英文名Superabsorbent Polymers，英文简称SAP，是一种典型的功能高分子材料，也称超级吸水聚合物、超强吸水剂等，是一种具有松散网络结构的低交联度的亲水性高分子化合物，既不溶于水，也难溶于有机溶剂，具有迅速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍水分的能力。
高吸水性树脂品种很多，性能和用途也不相同，作为商品的主要是交联的聚丙烯酸盐、交联的聚丙烯酰胺及淀粉-丙烯酸接枝聚合物等。
目前，由于安全性和高的应用凝胶强度，聚丙烯酸盐型是最重要的高吸水性树脂类型，本文也主要讨论该类型的高吸水性树脂。
高吸水性树脂在卫生用品领域得到了极其广泛的应用，市场消费量逐年增大，约占总消费量的90%。
高分子量（100万~700万）的SAP主要用于个人卫生用品领域，低分子量（1000~10000）的SAP作为金属螯合剂在水处理领域去除腐蚀产品。
分子量在1万~100万的用于涂料和纺织品，如粘度增稠剂、分散剂、清洗产品用抗再沉积剂以及施胶造纸助剂等。
2.12.1 世界供需分析及预测高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。
美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列，到20世纪80年代已实现了工业化生产。
世界高吸水性树脂的供应能完全满足需求，世界各地对高吸水性树脂均有需求，而世界生产地主要是北美、西欧和亚洲。
北美、中南美、中东欧、非洲、中东和大洋洲的高吸水性树脂以进口为主，西欧和亚洲以出口为主。
亚洲地区中，日本是主要的生产国和出口国，其他依次是中国、韩国和新加坡。
2013年世界各地区SAP供需平衡情况见表2.12-1。
表2.12-1 2013年世界各地区SAP供需状况2.12.1.1 世界供应状况分析及预测世界高吸水性树脂的生产集中在美国、日本、德国、法国、中国和韩国。
2013年世界高吸水性树脂的产能约为297.2万吨/年，产量约198万吨。
亚洲是世界高吸水性树脂最大的生产地区，约占世界总产能的60.8%，其他依次是北美和西欧，分别占世界总产能的20.1%和19.1%。
高分子吸水性树脂
2.高吸水性树脂分类
⑴淀粉类 淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格 低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接 枝共 聚反应的单体主要是亲水性和水解后 变成亲水性的乙烯类单体。 目前合成高吸 水树枝通常采 用的是自由基型接枝共聚。 例如：淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸化 淀粉、淀粉磺酸盐等。
2.高吸水性树脂分类
工业化生产多以合成聚丙烯酸系为主,因为其反应易于 实现且树脂的各项性指标都比较 好，吸水能力高、保水 能力强，与淀粉等天然高分子接枝共聚物相比，具有生产 成本低、工艺条件简单、生产效率高、吸水性能好等一系 列优点。
⑵纤维素系类 由于淀粉系高吸水性树脂的 出现， 人想到 用纤维素为原料制备高吸水树脂。 纤维素 原料来 源广泛， 能与多种低分子反应， 是 近十年来高吸水树脂发展的一个方面。 例 如： 纤维素接枝、 羟丙基化纤维素、黄原 酸化纤维素等。
2.高吸水性树脂分类
⑶合成树脂系 它的种类很多，且随着研究的深入，也越来越多。 例如：聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、 聚氧化烷烃类、 无机聚合物类。
⑷吸氨性强 树脂中含有羧基的聚合阴离子物，适当调节 pH 值， 使部分羧基呈酸性，可吸收氨，有明 显的防臭作用。
3.高吸水性树脂的特点
⑸增稠性 高吸水性树脂吸水后呈凝胶状，比普通水 溶性高分子具有更高的粘度，用在化妆品 上具 有明显的增稠效果。
⑹能和其它高分子材料共混
1.高吸水性树脂定义
高吸水性树脂（Super Absorbent Resin ）简称 SAR， 又称高吸水性聚合物（SAP）是一 种含有羧基、 羟基等 强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。 它不溶于水， 也不溶于有机溶剂，却有着奇特的吸水性 能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点，与 传统 的吸水材料相比具有更大的优势：与海绵、棉花、纤维素、 硅胶相比，高吸水性树脂的 吸水量大，可以吸收比自身 重几百倍甚至上千倍的水，并且保水性强，即使在受热、 加压条 件下也不易失水，对光、热、酸、碱的稳定性好， 具有良好的生物降解性能。 [1]
高分子吸水树脂SAP
高分子吸水树脂SAP剖析高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。
与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。
高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。
高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。
是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。
它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。
这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。
高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。
如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。
高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。
高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。
高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。
由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。
1.国外状况高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。
1966年美国农业部北方研究所Fan-ta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了高吸水树脂的发展。
高吸水树脂(SAP)详尽介绍
按交联方法分类
a.用交联剂网状化反应； b.自身交联网状化反应； c.辐射交联； d.在水溶性聚合物中引入疏水基团或结晶 结构。
按产品形状分类
a.粉末状； b.颗粒状； c.薄片状； d.纤维状。
淀粉类
淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一种是淀粉与丙 烯腈进行接枝反应后，用碱性化合物水解引入亲水性基团 的产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；另一类是 淀粉与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合， 然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋化成公司首开先 河的。 淀粉改性的高吸水性树脂的优点是原料来源丰富，产 品吸水倍率较高，通常都在千倍以上。缺点是吸水后凝胶 强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解 而失去吸水、保水作用。
3.吸氨性
高吸水性树脂一般为含羧酸基的阴离子高分子，为提 高吸水能力，必须进行皂化，使大部分羧酸基团变为羧酸 盐基团。但通常树脂的水解度仅为70％左右，另有30％的 羧酸基团保留下来，使树脂呈现一定的弱酸性。这中弱酸 性使得它们对氨那样的碱性物质具有强烈的吸收作用。
4.增稠性
聚氧乙烯、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠等均可作
为水性体系的增稠剂使用。高吸水性树脂吸水后体积 可迅速膨胀至原来的几百倍到几千倍，因此增稠效果 进进高亍上述增稠剂。
二. 吸水原理
吸水实质
物理吸附
棉花、纸张、海 绵等，毛细管的 吸附原理。 有压力时水会流 出。
化学吸附
通过化学键的方 式把水和亲水性 物质结合在一起 成为一个整体。 加压也不能把水 放出。
（4）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐 反应而成，不需外加交联剂即可成为不溶于水 的产物。这类树脂由日本可乐丽公司首先开发 成功，吸水倍率为150～400倍，虽吸水能力较 低，但初期吸水速度较快，耐热性和保水性都 较好，故是一类适用面较广的高吸水性树脂。
改善混凝土性能的新型外加剂——超吸水性树脂（SAP）
改善混凝土性能的新型外加剂——超吸水性树脂（SAP）在混凝土技术高速发展的今天，各种改善混凝土性能的新型外加剂得到积极开发和研究，其中应用最为广泛的外加剂是高效减水剂。
使用高效减水剂和矿物超细粉是获得高强高性能混凝土的主要方式。
高强高性能的混凝土水灰比较低、水泥用量大、结构较致密，水泥在水化过程中往往因为自收缩过大而发生开裂，严重影响了其耐久性和使用年限，因此解决开裂问题对高性能混凝土的发展应用有着非常重要的意义。
什么是超吸水性树脂？超吸水性树脂（Superabsorbent polymers，简称SAP）是一种交联高分子化合物，能够吸收自重几十倍到几千倍的水，在接触水或水溶液后开始肿胀形成水凝胶，具有良好的保水性。
近些年部分学者将SAP应用于混凝土中将其当作“内部蓄水库”，在某些条件下如温度、孔隙溶液中的化学组成变化、时间推移等可以释放出水分，为混凝土提供内部养护。
已有研究显示，将SAP掺加到水泥混凝土中，不仅可以减少甚至可以完全避免自干燥以及由此产生的自收缩，还可以提高其抗冻、抗渗等耐久性能，因此SAP是一种非常有前景的新型混凝土外加剂。
下面介绍国内外学者研究SAP应用在混凝土中的研究成果，并提出未来进一步研究的方向。
· 混凝土中所掺SAP的种类和大小·SAP的类型较多，可从原料来源、官能团、亲水性和交联方法等进行分类，其中按原料来源可分为淀粉类、纤维素类以及合成聚合物类，应用在混凝土中的SAP大多数为丙烯酸胺-丙烯酸共聚型。
Jensen和Hansen认为SAP粒径大小会影响混凝土的性能，大的SAP粒子在搅拌过程中没有足够的时间去吸水导致效率降低，小的SAP粒子则相对其表面活性区域减少，吸水能力降低，认为SAP粒子在肿胀状态达到100μm左右最佳。
Lura研究了50μm~250μm内不同粒径的SAP对自收缩的影响，掺量较小时，粒径较大的SAP减少自收缩的效果优于粒径较小的。
高吸水性树脂
• 合成树脂系列：合成系高吸水保水材料是 20 世纪 70年代后讯速发
展起来的，是目前高吸水保水材料中发展最迅速、品种最多、产量最 大的一类高分子聚合物。主要由单体(主要有丙烯酸、丙烯腈、丙烯 酰胺、乙烯醇等)在交联剂作用下进行聚合/交联而成。与淀粉系、纤 维素系相比，合成系 SAP制备工艺简单、吸水、保水能力强，但其单 体的残留大、不易被降解，属于非环境友好材料。 • 其它天然物及其衍生物系列：其制备原理是将天然高分子进行化学改 性，在其分子上引入亲水基团，然后在交联剂的作用下形成网状结构。 研究较多的是纤维素衍生物的交联产物。以果胶类、海藻酸、肝素类、 壳聚糖类及有关衍生物等天然高分子为原料也可合成可降解的 SAP。 这些吸水性树脂虽然生物降解性好，原料来源广，但由于工艺复杂、 价格昂贵，无法工业化生产，目前难以推广。除了羧甲基纤维素交联 物外，其它品种均处于实验室阶段。
高吸水性树脂的应用
卫生用品：SAP最具规模的应用领域就是卫生行业，由于 SAP具有吸收率高，吸液量大，保液性好，且安全无毒和 重量轻等优点，因而卫生用品生产厂家把之添加在婴儿纸 尿裤、妇女卫生用品、成人失禁垫、宇航员尿袋和医用衬 垫内。其中高吸水性树脂用于婴儿纸尿裤等个人卫生用品 约占95％。 农业生产：研究表明，高吸水性树脂可以有效地抑制水分 的蒸发, 防止土壤中的水分流失, 并减小土壤的容重, 加 入旱田中可将农作物的产量提高20% 左右。用沥青铺底, 上面撒上一些高吸水性树脂, 再铺上一层十几厘米厚的土 层, 种植上几年农作物以后就可以将沙漠绿化. 这是治理 沙漠的一个重要途径, 在撒哈拉沙漠已经取得了成功. 这 对沙漠化越来越严重的我国来说有着极其重要的意义。
高吸水性树脂的分类
• 淀粉系列:淀粉是一种可再生、来源广泛的天然高分子化合物。
高吸水性树脂
高吸水性树脂高吸水性树脂(Super Absothent Polymer，简称SAP)，是由低分子物质经聚合反应合成或由高分子化合物经化学反应制成，是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型功能高分子材料，分子链上含有很多强亲水基团，能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水，这是以往材料所不可比拟的。
高吸水性树脂不但吸水能力强，且保水能力非常高,吸水后无论加多大压力也不脱水【5】。
因此被广泛地应用到农业、林业、园艺等的土壤改良剂、卫生用品材料、工业用脱水剂、保鲜剂、防雾剂、医用材料、水凝胶材料等。
1高吸水树脂的结构高吸水树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。
高吸水树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。
要具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定的网络结构，即具有移动的交联度。
实验表明：吸水基团极性极性越强，含量越多，吸水率越高，保水性也越好。
而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱。
高吸水性树脂的微观结构因合成体系的不同而呈现出多样性[1]。
1.1离子型高吸水树脂结构大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如梭基、磺酸基、酞图1 高吸水树脂的离子网络结构胺基、轻基等)的三维网状结构所组成，如图1所示。
吸水时，首先是离子型亲水团在水分子的作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，当交联密度较大时，树脂分子链的伸展受到制约，导致吸水率下降。
随着离解过程的进行，高分子链上的阴离子数增多，离子之间的静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部的阳离子浓度增大，在聚合物网络内外溶液之间形成离子浓度差，渗透压随之增大，使水进一步进入聚合物内部。
当离子浓度差提供的驱动力不能克服聚合物交联构造及分子链间相互作用(如氢键)所产生的阻力时，达到饱和量。
1.2淀粉接枝型高吸水性树脂结构日本三洋化成工业公司温品谦二等根据V on E. Cgruber等的方法探讨了淀粉接枝丙烯酸的聚合物结构，见图2如示【2】。
功能高分子之吸水树脂(精)
功能高分子之吸水树脂功能高分子功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。
它们之所以具有特定的功能, 是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团, 或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。
吸水树脂吸水树脂 (Super Absorbent Polymer, SAP 是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料。
它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能,并且保水性能优良,一旦吸水膨胀成为水凝胶时,即使加压也很难把水分离出来。
通用名高吸水树脂、吸水树脂,用于不同行业又有专业俗称如农林保水剂、光缆阻水粉、高分子吸水珠、人工水晶泥、蓄热蓄冷剂等。
kl-sap 主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐, 属新型功能高分子吸水材料。
吸水树脂的性能:1.高吸水性 :高吸水树脂的高吸水性包括:①吸水能力大。
高吸水树脂的吸水倍率一般为自身质量的几十倍、几百倍甚至几千倍;②吸水速率快。
离子型高吸水树脂达到饱和需几小时到几十小时, 0.5h 左右可达饱和吸水量的 1/2;非离子型高吸水树脂达到饱和只需 20~60min ,几秒钟至两分钟就可达到饱和吸水量的 1/2以上。
③吸湿能力强, 吸湿速率快。
能吸收空气及土壤环境中的气态水分子。
高吸水树脂的吸湿能力和吸湿速率主要取决于高吸水树脂的种类和环境湿度的大小。
2.高保水性:高吸水树脂不但吸水能力强,而且保水能力也非常强。
所谓保水能力指的是吸水后的膨胀体能保持其水溶液不离析的状态的能力。
众所周知, 含有大量水的一般水凝胶都具有加压难脱水、蒸发慢、对水的保持能力高的特点。
高吸水树脂是水凝胶, 所以其吸收的水分在自然条件下蒸发速度很慢, 而且加压也不易离析。
通常物质的脱水主要有加热蒸发脱水和加力脱水两种。
因此, 高吸水树脂也有自然条件保水性、热保水性和加压保水性等几种保水功能。
3.有效持续性强 :保水剂具有反复吸水功能,即吸水 --释水 --干燥 --再吸水。
4.增稠性:高吸水树脂凝胶具有特殊的流变性能,增稠性是其显著特性。
高分子吸水树脂SAP剖析
高分子吸水树脂SAP剖析高分子吸水树脂SAP剖析高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。
与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。
高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。
高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。
是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。
它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。
这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。
高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。
如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。
高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。
高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。
高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。
由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。
1.国外状况高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。
1966年美国农业部北方研究所Fan-ta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了高吸水树脂的发展。
高吸水树脂分析研究背景与意义
本论文的研究目的就是充分利用纤维素这一可再生资源，在保留其原有吸水结构的基础上，通过接枝共聚改性使其亲水基团多样化，合成具有多种亲水基团的多元高吸水性树脂，在合成工艺和吸水性能方面进行一些探索研究。
纤维素主链的半刚性和良好的延展性能使合成的高吸水性树脂网络的稳定性和膨胀性能更好，起到桥梁作用，增加网络空间，提高树脂的吸水性能。
其研究意义在于，从20世纪60年代开始，高吸水性树脂是发展起来的新型功能高分子材料。
它的吸水保水性能非常优异，同时又具备高分子材料的优点，有良好的加工性能和使用性能，现已广泛应用于工业、农业、食品、医疗卫生、生活用品和环境保护等领域。
本研究在保持纤维素原有吸水结构的基础上，对其进行接枝共聚改性，用羧甲基纤维素接枝丙烯酸和丙烯酰胺制备多元高吸水树脂，并测出树脂的吸水倍数，考察一些因素对吸水倍数的影响，找出最佳实验方案。
制备多元高吸水性树脂的优化条件：羧甲基纤维素用量为1g，丙烯酸用量为4g，丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为1:1，交联剂为0.04g，引发剂为0.18g，丙烯酸中和度为60%，反应温度为50℃，反应时间1.5h。
This thesis research purpose is to make full use of cellulose this renewable resources, keep its original in water, based on the structure of modification made by grafting polymerization hydrophilic groups, diversification, the synthesis of hydrophilic groups of multiple superabsorbent resin in synthesis process and bibulous, search some properties. The main chain of cellulose of semi-rigid and good ductility can make synthetic superabsorbent network stability and expansion, have better performance bridge, increase network space, improve the resin absorption ability. The research significance lies in the 1960s, from the start, the rise and development of superabsorbent resin is the new functional polymer materials. It is very outstanding, water retention performance but have the advantages of polymer materials, have good processing and workability, has been widely used in industry, agriculture, food, medicine and health, supplies and environmental protection etc.This study in keep cellulose based on the structure of the original water, and carry on the grafting polymerization modification, with carboxymethyl cellulose grafted acrylic and acrylamide preparation multivariate tall bibulous colophony, and measure the resin, examine some water to multiple factors influence of absorbing multiples, find out the best experiment scheme.Preparation multivariate superabsorbent resin optimality conditions: carboxymethyl cellulose dosage, acrylic dosage for 1g for 4g, acrylic and acrylamide quality ratio of 1:1, crosslinking agent for 0.04 g, initiator for 0.18 g, acrylic acid neutralization degree 60% for 50 ℃, reaction temperature, reaction time 1.5h.Carboxymethyl cellulose, Grafting polymerization, multivariate, Tall bibulous colophony高吸水树脂作为一种新型功能高分子材料一直受到广泛的关注和研究。
高吸水性树脂调研报告解析
目录摘要 (2)关键词 (2)一、高吸水性树脂概述 (2)1、高吸水性树脂基本概念 (2)2、高吸水性树脂特性 (3)二、高吸水性树脂的研究进展 (3)1、国际研究进展 (3)2、国内研究进展 (4)三、高吸水性树脂的吸水机理 (5)1、吸水机理基本概况 (5)2、影响树脂吸水性的因素 (5)四、高吸水性树脂的制备 (6)1、本体聚合法 (7)2、反相乳液聚合法 (7)3、水溶液聚合法 (7)4、反相悬浮聚合法 (7)5、互穿聚合物网络聚合法 (8)五、高吸水性树脂的应用 (8)1、在农业与园艺方面的应用 (8)2、在医用、卫生方面的应用 (8)3、在工业方面的应用 (9)4、在建筑方面的应用 (9)六、高吸水性树脂的发展趋势 (9)1、高性能化 (9)2、复合材料化 (10)3、功能化 (10)4、可降解性 (10)附（Personal Views） (11)摘要高吸水性树脂又称高分子吸水材料（SAP），是一种含有羧基、羟基等强亲水基团，并具有一定交联网络结构的高分子聚合物，是一类新型的功能高分子材料，具有吸水量大和保水性强两大特点。
高吸水性树脂以其优越的性能，广泛应用于农林业生产、医疗卫生、建筑材料、交通运输等诸多领域，并发挥巨大作用。
随社会需求增加以及社会工业发展方向，其研究的趋势也随之向低成本、高产量、高吸水率、多功能化和环保化发展。
关键词吸水树脂研究进展吸水机理制备方法发展趋势实际应用一、高吸水性树脂概述1、高吸水性树脂基本概念高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。
2、高吸水性树脂特性（1）高吸水性能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。
（2）高吸水速率每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。
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高分子吸水树脂SAP剖析
2010-7-31
高分子吸水树脂SAP剖析
高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。
它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。
因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。
高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。
按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。
其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。
目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。
高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。
吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。
与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。
由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。
由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。
水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。
同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。
当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。
通常，高吸水树脂在0.9% NaCl 溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。
吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。
在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。
若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。
差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。
因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。
高吸水聚合物是上世纪60年代末发展起来的。
1961年美国农业部北方研究所首次将淀粉接枝于丙烯腈，制成一种超过传统吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。
1978年日本三洋化成株式会社率先将高吸水聚合物用于一次性尿布，从此引起了世界各国科学工作者的高度重视。
上世纪70年代末，美国UCC 公司提出用放射线处理交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型高吸水聚合物，其吸水能力达到2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水聚合物的大门。
1983年，日本三洋化成又采用丙烯酸钾在甲基二丙烯酰胺等二烯化合物存在下，进行聚合制取高吸水聚合物。
之后，该公司又连续制成了各种改性聚丙烯酸和聚丙烯酰胺组合的高吸水聚合物体系。
上世纪末，各国科学家又相继进行开发，使高吸水聚合物在世界各国迅速发展。
目前，已形成日本触媒、三洋化成和德国Stockhausen公司三大生产集团三足鼎立态势，它们控制着当今世界70％的市
场，彼此之间又以技术合作方式进行国际性联合经营，垄断世界所有国家的高吸水聚合物销售权。
高吸水聚合物用途广泛，应用前景非常广阔。
目前其主要用途仍然是卫生用品，约占市场总量的70％左右。
由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大，并具有优异的保水性能，所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。
如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠，就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透气性能增强。
另外，由于高吸水树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能，所以又可作为新的包装材料。
利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。
在化妆品中加入少量的高吸水聚合物，还可使其乳液粘度增大，是一种理想的增稠剂。
利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点，在工业上又可作为脱水剂。
由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点，近年来，已被广泛应用于医药领域。
例如，用于含水量大、使用舒适的外用软膏；生产能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带及棉球；制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。
随着科学技术的发展，环境保护已越来越受到人们的关注。
如果将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中，并将此袋浸入污水中，当袋子被溶解后，高吸水聚合物就可迅速地吸收液体而使污水固体化。
在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。
高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。
总之，高吸水聚合物是一种用途非常广泛的高分子材料，大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。
今年在我国北方大部分地区干旱少雨的情况下，如何进一步推广和使用高吸水聚合物，是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。
在西部大开发战略实施过程中，在改良土壤的工作中，大力开发和应用高吸水聚合物的多种实用功能，具有现实的社会效益和潜在的经济效益。