优选第四章超强吸水高分子材料
高吸水性高分子材料
CH2=CHCOOH
CH2=CHCOONa
加交联剂得网状结构
14
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
吸水机理
• 基于高分子电解质的离子网络理论：在高 分子电解质的立体网络构造的分子间，存 在可移动的离子对，由于显示高分子电解 质电荷吸引力强弱的可移动离子浓度，在 高吸水性树脂的内侧比外侧高，即产生渗 透压。
b. 工业脱水剂。
高吸水性树脂对有机物的吸收能力较差，因 而可脱除苯类、石油类等与水不相溶的物 质中的水分，效果很好。
29
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
c. 建筑工程中的应用。
• 在许多建筑工程和地下工程中，高吸水性树脂的 应用越来越受到重视。
例如将树脂混在堵塞用的橡胶或混凝土中可作堵水 剂；
R－SO3H R－SO3－＋H＋
• 例如典型的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂的结 构式为：
44
离子交换树脂
33
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
• 物质的分离是化学、化工的一个重要课题 。
• 化工单元操作中常见的分离方法有筛分、 过滤和蒸馏等，然而具有高层次的分离则 难以达到精度。
• 具有选择分离功能的高分子材料的出现则 有效地解决了以上的问题。
34
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
离子交换树脂
高吸水性高分子材料
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2024年2月7日星期三
具有选择分离功能的高分子材料
2
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
• 1、高吸水性高分子材料； • 2、离子交换树脂
3
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
功能高分子材料：指在高分子链上接上带有 某种功能的宫能团，使其在物理、化学、生 物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料 几。种功能高分子材料的应用: （1）高吸水性材料— 亲水性高聚物
第四章超强吸水高分子介绍
Super
吸水前
吸水后
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
保水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
用途
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
Super
分子材料。
物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料发展
传统吸水材料：纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料 等材料。 60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂，含有 强亲水性基团并具有一定交联度的高分子材料。 问世 30多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透 到各行各业。 如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂等； 在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、 抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等。在 日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料 等
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
三、基本结构
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。
Super
比
较
类别
聚丙烯酸（盐）类
聚乙烯醇类
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。 吸水性强，工艺成
CH2OH
O
《高吸水保水高分子》课件
欢迎来到《高吸水保水高分子》PPT课件！本课程将向您介绍高吸水保水高分 子的定义、制备方法、特性、应用领域以及发展前景。
高吸水保水高分子简介
高吸水保水高分子是一类能够吸收和保持大量水分的高分子材料。它们用途 广泛，可应用在多个领域。
高吸水性高分子的类型
离子型高分子
高吸水性高分子的特性
• 吸水性能 • 保水性能 • 可溶性 • 热稳定性
高吸水性高分子的应用领域
1
卫生用品
高吸水保水高分子广泛应用于卫生用品如
农业用品
2
尿不湿、卫生巾和纸尿裤等。
农业用品如保水涵、水凝土剂和土壤调节
剂等也采用了高吸水保水高分子。
3
化妆品
高吸水保水高分子在化妆品中的应用包括 化妆水、乳液和面膜等。
高吸水性高分子的发展前景
1 国内外市场规模
高吸水保水高分子市场正在不断扩大，国内外市场潜力巨大。
2 技术研究与进展
科学家正在不断研究高吸水保水高分子的技术和应用，取得了很多进展。
3 产业化应用前景
高吸水保水高分子的产业化应用前景非常乐观，有着广阔的市场空间。
结语
高吸水保水高分子具有巨大的潜力和机遇，未来发展必将受到政策和市场双 重促进。
离子型高分子可分为酸性和基性两种类型。
非离子型高分子
非离子型高分子是一种不带电荷的高分子材料。
高吸水性高分子的制备方法
溶液聚合法
通过在溶液中进行聚合反应来制 备高吸水性高分子。
悬浮聚合
均相聚合法
利用均相催化剂在溶液中进行聚 合反应，得到高吸水性高分子。
高分子吸水材料
高分子吸水材料高分子吸水材料是一种能够吸收大量水分的材料，它可以在短时间内吸收大量的水，然后通过离子交换或物理吸附将水分保留在其内部。
高分子吸水材料常用于保持水分的土壤改良剂、尿布、卫生巾等产品中。
本文将讨论高分子吸水材料的结构、性质和应用。
高分子吸水材料通常是由线性或交联聚合物制成的。
线性聚合物具有大量的极性官能团，可以与水分子发生相互作用，并吸收大量的水。
交联聚合物由于交联点的存在，可以形成许多孔隙结构，增加了材料的吸水能力。
典型的高分子吸水材料包括聚丙烯酸钠（PAA-Na）、聚乙烯醇（PVA）等。
高分子吸水材料具有许多独特的性质。
首先，它具有极高的吸水性能。
一般来说，高分子吸水材料的吸水速度非常快，可以在几秒钟内吸收50-100倍于自身重量的水分。
其次，高分子吸水材料具有优良的保水性能。
它可以将吸收的水分保留在材料内部，不会释放出来，从而有效地提供水分供给。
此外，高分子吸水材料还具有良好的稳定性和可重复利用性。
高分子吸水材料在许多方面有着广泛的应用。
首先，它在农业领域中被广泛使用。
通过将高分子吸水材料与土壤混合，可以改善土壤的质地和保持土壤湿润，提高植物的生长效率。
其次，高分子吸水材料也广泛应用于卫生用品制造中。
它可以作为尿布、卫生巾等产品的核心材料，提供优良的吸湿性能，保持表面的干燥和舒适。
此外，高分子吸水材料还可以用于水凝胶制备、药物输送等领域。
然而，高分子吸水材料也存在一些问题。
首先，一些高分子吸水材料可能对环境产生负面影响。
当高分子吸水材料被丢弃时，它们可能会堵塞水道或对生态环境造成污染。
其次，高分子吸水材料的成本较高，限制了其广泛应用。
因此，如何开发更环保、经济实用的高分子吸水材料是一个重要的研究方向。
综上所述，高分子吸水材料是一种具有优良吸水性能的材料。
它在农业、卫生用品制造等领域有着广泛的应用。
然而，高分子吸水材料也面临一些挑战，需要通过研究和技术创新来解决。
相信随着科学技术的不断发展，高分子吸水材料将会在更多领域发挥重要作用。
超强吸水高分子材料
OH
H
O
OH
O
HO
H
OH
O
HO
H
H
O
H
OH
H
OH
H
O
H
O
HO
H
OH
O
H
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
O
O
O
O
O
O
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 缺
纤维素系
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸
合成工艺复杂，易腐败，耐热性 不佳，吸水后凝胶强度低，长期保水 性差，耐水解性较差。
水、保水能力强 吸水速度较快耐 水解，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
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
微观结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
多孔网状结构
四、合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引 发 剂 交 联 剂 令聚合物 链相互交联 决定了树 脂空间网络 的大小 用量：一般为0.2～0.8% 用量过多：网络收缩 用量太少：树脂溶解度 吸水率 吸水率 引发自由 基链反应 解释 影 响 用量：一般为单体的0.01~0.8% 用量过多： 网络变小 吸水率 用量过少： 可溶部分增多 吸水率
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
二、分
类
淀粉系
SAP
合成高分子系
纤维素系
纯合成高分子 聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物 其它 聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
超强吸水材料
超强吸水材料
超强吸水材料是一种具有出色吸水性能的材料，能够快速吸收大量水分并保持
稳定的吸水状态。
这种材料广泛应用于各个领域，包括医疗、卫生、工业、农业等，为人们的生活和生产带来了诸多便利。
本文将介绍超强吸水材料的特点、应用及未来发展方向。
首先，超强吸水材料具有极强的吸水性能。
它能够在短时间内吸收大量水分，
且能够保持稳定的吸水状态。
这种特性使得超强吸水材料在医疗卫生领域得到广泛应用，例如用于制作医用吸水纱布、吸水垫等产品，能够快速吸收伤口渗出的血液和分泌物，保持伤口清洁，促进伤口愈合。
其次，超强吸水材料还具有良好的保水性能。
它能够将吸收的水分牢固地锁定
在内部结构中，不易释放，从而保持材料的干燥状态。
这种特性使得超强吸水材料在工业领域得到广泛应用，例如用于制作吸水性能优异的工业用纸、吸水垫等产品，能够有效地吸收工业生产过程中产生的废水和污水，减少环境污染。
此外，超强吸水材料还具有良好的稳定性和耐用性。
它能够经受长时间的使用
和多次的水分吸收，不易变形和破损。
这种特性使得超强吸水材料在农业领域得到广泛应用，例如用于制作农业用水分保持剂、土壤改良剂等产品，能够帮助农作物吸收和保持水分，提高产量和品质。
综上所述，超强吸水材料具有出色的吸水性能、良好的保水性能、稳定性和耐
用性，广泛应用于医疗、卫生、工业、农业等领域，为人们的生活和生产带来了诸多便利。
随着科技的不断发展，超强吸水材料的研究和应用也将不断取得新的突破和进展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
相信在不久的将来，超强吸水材料将会在更多的领域发挥重要作用，成为各行各业不可或缺的重要材料之一。
高吸水性高分子
高吸水性高分子的应用研究淮海工学院材料102 周淑楠 051002237摘要：高吸水性高分子基本上是具有与水亲和性高之离子基的高分子，高分子的分子间具架构结合的构造。
其中具羧酸钠基的丙烯酸钠聚合体的架桥物，因产业生产轻易、成本低，故为最适用的吸水性高分子。
关键字：高吸水性、架桥、网状化、亲水性、混合高分子。
高吸水性高分子（Superabsorbent polymers，简称SAP，也叫高吸水性树脂，超强吸水机，高吸水性聚合物），是一种能够吸收并保留相对于其本身质量要大得很多的液体的新型功能高分子材料。
吸水高分子，属于水凝胶，能够通过和水分子连接的氢键吸收溶液。
因此，高吸水性高分子吸水能力受溶液离子浓度影响。
在去离子水和蒸馏水中，高吸水性高分子可以吸收500倍于本身重量（30-60倍于本身体积），但是如果放入0.9%盐水中，吸收能力下降到50倍于本身重量。
溶液中的价态阳离子的出现会妨碍高分子与水分子形成价键的能力。
总吸收性和膨胀能力由和高分子的交联类型和交联度所控制。
低密度交联高吸水性高分子通常具有较高吸水能力，并膨胀到比较大的程度。
高交联密度的高分子显示出来低吸收能力和膨胀能力。
胶的强度较强，能在适当的压力下保持颗粒的形状。
高吸水性高分子最大的用途是一次性个人卫生用品，比如小孩儿尿布，成人安全内裤和卫生巾。
上个世纪80年代，由于担心和中毒性休克症有关，卫生棉条中不再使用高吸水性高分子。
高吸水性高分子也被也可用于阻止水或地下电力通信电缆，园艺保水剂，以及废物的泄漏控制水的渗透液，以及电影或者舞台剧中人工造雪。
高吸水性高分子是指其吸水能力超过自身质量数百倍甚至几千倍的吸附树脂，它属于功能高分子范畴。
在吸水前，高分子的长链相互交缠，且分子链间以架桥结合形成三次元网目构造，故成一整体。
但因高分子链上的羧酸钠基为亲水性，且易解离（于水中分解为离子与(离子），故吸水后即如溶解般扩大。
高分子链网目内被水侵入后，羧酸钠基(－coo(na)中的离子即解离、离开，剩下羧酸基留在高分子链上，这些同带负电荷的羧酸基会互相排斥，于是使高分子链的网目进一步扩大，因此可吸收并保持更多的水。
高分子吸水材料
高分子吸水材料高分子吸水材料是一种具有优异吸水性能的材料，广泛应用于卫生用品、农业、建筑材料等领域。
它具有吸水速度快、吸水量大、保水性能优异等特点，因此备受关注。
本文将就高分子吸水材料的特性、应用领域以及发展前景进行探讨。
高分子吸水材料的主要特性包括，首先，它具有优异的吸水速度，能够在短时间内迅速吸收大量水分。
其次，高分子吸水材料具有出色的吸水量，能够吸收自身几百倍甚至上千倍的水。
此外，它还具有良好的保水性能，能够长时间保持吸水状态，不易释放已吸收的水分。
这些特性使得高分子吸水材料在卫生巾、尿不湿、农业保水、建筑材料等领域有着广泛的应用。
在卫生用品领域，高分子吸水材料被广泛应用于卫生巾、尿不湿等产品中。
其优异的吸水速度和吸水量，使得产品能够快速吸收排泄物，保持干爽舒适的使用体验。
同时，高分子吸水材料的保水性能也能够有效减少产品的更换次数，降低使用成本，受到了消费者的青睐。
在农业领域，高分子吸水材料被用作土壤改良剂和保水剂，能够有效提高土壤的保水保肥能力。
它能够吸收大量的水分，并将其释放到植物根系周围，提供植物生长所需的水分和养分，从而提高作物的产量和品质。
在建筑材料领域，高分子吸水材料被广泛用于混凝土、水泥和涂料等产品中，能够提高材料的抗渗性和耐久性，延长产品的使用寿命，降低维护成本。
未来，随着人们对生活品质和环境保护意识的提高，高分子吸水材料的应用前景将更加广阔。
它将会在农业、环境保护、新能源等领域发挥更大的作用，为人们的生活和生产带来更多便利和效益。
综上所述，高分子吸水材料具有优异的吸水性能和广泛的应用前景，其在卫生用品、农业、建筑材料等领域发挥着重要作用。
相信随着科技的不断进步和人们对生活质量的追求，高分子吸水材料将会有更加广泛的应用，为社会和人们的生活带来更多的便利和效益。
高吸水性高分子材料课件
详细描述
由于高吸水性高分子材料具有优异的吸水、 保水性能，在农业、卫生、建筑等领域有广 泛应用。随着这些领域的快速发展，市场对 高吸水性高分子材料的需求呈现出不断增长 的趋势。
技术挑战与对策
总结词
高吸水性高分子材料在制备、性能和应用方面仍面临一些技术挑战。
详细描述
目前，高吸水性高分子材料的制备成本较高，性能稳定性有待提高。此外，在应用过程 中，如何提高吸水速度、降低吸水后的重量和体积也是需要解决的问题。针对这些问题
特性
具有高吸水、保水能力，无毒、无味 、无污染，良好的生物相容性和生物 活性，以及优良的物理、化学稳定性 和耐候性等。
吸水原理
物理吸附
通过高分子链上的极性基团与水 分子结合，形成氢键，从而实现 吸水。
化学吸附
通过高分子链上的特定化学基团 与水分子发生化学反应，形成较 为稳定的化学键，实现吸水。
应用领域
1 2
农业领域
用于制造高效节水灌溉器材，提高农作物的产量 和品质。
医疗领域
用于制造可吸收性手术缝合线、止血材料等医疗 器械。
3
环保领域
用于污水处理、土壤修复等环保工程，改善环境 质量。
05
CATALOGUE
高吸水性高分子材料的市场前景与挑战
市场现状与需求
总结词
随着人口增长和城市化进程的加速，高吸水 性高分子材料的市场需求不断增长。
复合改性
将两种或多种材料进行复 合，形成具有优异性能的 复合材料。
改性效果
提高吸水能力
通过改性可以显著提高高分子材 料的吸水能力，满足不同应用需
求。
改善力学性能
改性后的高分子材料具有更好的耐 压、耐磨、耐冲击等力学性能。
高吸水性高分子材料
CH2OH O
O
O
OH
OH
Ce4+
CH2OOH
O
O
OH
Ce4+ OH 络合物
丙烯腈
淀粉
CH2 CH CN
NaOH H2O
CH2OOH O OH H O
HO
CH2OOH
O OHH O
O OHΒιβλιοθήκη Ce3+ H+
淀 粉 CH2 CH CH2 CH COONa CONH2
这种树脂吸水率高，可达自身重量千倍以上，但长期保水性和耐热性较差。
•。
高吸水性树脂的分子结构和吸水 机制
• 多数高吸水性树脂实际上是具有一定交 联度的高分子电解质，可以用电解质的 离子网络理论来解释，即在高分子电解 质的立体网络构造的分子间存在可移动 的离子对，由于显示高分子电解质电荷 吸引力强弱的可移动离子的浓度在高吸 水性树脂内侧往往比外侧高，即产生渗 透压，正是由于这种渗透压及水平高分 子电解质之间的亲合力，从而产生异常 的吸水现象。
• （4）聚环氧乙烷系：聚环氧乙烷交联得到 的高吸水性树脂吸水能力不高，一般几十 倍，但它是非电解质，耐盐性强，对盐水 几乎不降低其吸水能力，前面我们说的吸 水多少倍都是指去离子水或蒸馏水，如果 是盐水，其吸水能力大打折扣，下降幅度 甚至十倍以上。
• （5）其它非离子型合成树脂：近年来，开 发出了以羟基、醚基、酰胺基为亲水官能 团的非离子型高吸水性树脂，但这类吸水 性树脂吸水能力较小，一般只能达到50倍 左右，通常不做高吸水材料，而是作为水 凝胶使用，用于入造水晶体和酶的固定化 方面。
• 制备方法：淀粉和丙烯腈在引发剂存在下 进行接枝共聚，聚合产物在强碱存在下加 压水解，接枝的丙烯腈变成丙烯酰胺或丙 烯酸盐，干燥后即获得产品。
四种用途高吸水性高分子材料的分析
(2)天然高分子羧甲基化吸水材料 纤维素、淀
粉等多糖类高分子材料中的羟基经过羧甲基 化改性后，即可制成高吸水性塑料，其中以 纤维素类最为常用。 例如，用羧甲基置换度为 0.6 左右的纤维素， 加热交联或用环氧氯丙烯、乙二醇二缩水甘 油醚等交联剂交联可制成高吸水性塑料。 再如，将淀粉在环氧氯丙烷中预先交联，再 将交联物羟甲基化，便得到高吸水性塑料。
5、其他高吸水性塑料
(1)聚环氧乙烯吸水塑料 将聚环氧乙烯进行交
联处理后，即可得到几十倍吸水率的高吸水 性塑料。 (2)异丁烯顺酐吸水性塑料 将异丁烯与顺酐进 行共聚，然后再交联处理。即可得到吸水性 塑料，其耐热和耐候性好。 (3)乙酸乙烯/顺丁烯二酸酯共聚物吸水性塑料 乙酸乙烯与顺丁烯二酸醋共聚物经皂化处理 可制成吸水性塑料。
能力（技能）目标
能根据高吸水性高分子的不同用途要求，合
理的选择高分子材料；并能合理的分析所选 择材料的结构、性能；如果不能直接选择到 合适材料时，能 提出合理的改进意见与方案。
知识目标
被选用的高分子材料的主要结构特征、主要
性能及应用范围。 其中第29个项目重点学习增加高分子吸水性 能的知识。
三、高吸水性塑料的应用
目前，高吸水性塑料的应用已越来越广泛，主要应
用在如下几个方面。 (1)卫生及医用方面 在卫生方面，已广泛应用在妇女 卫生巾、婴儿尿布材料；在医用方面，可用于医疗 包扎带，高吸水树脂凝胶，还可作为抗血栓材料， 消炎止痛膏的凝化剂。 (2)农林、园艺方面 用作土壤保水剂，可在土壤多水 时吸收大量的水分;当土壤干旱时，它释放出水。在 土壤中添加 0.3%，即能提高土壤的保墒能力，尤 其适用于沙漠地区。用作苗木移植的保水材料，可 提高成活率。用作液体播种材料，包覆种子，可提 高发芽率。
高吸水高分子材料的应用与进展探究-高分子材料论文-化学论文
高吸水高分子材料的应用与进展探究-高分子材料论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：本文主要介绍了国内外高吸水高分子材料不同的研究方法和工艺方法,重点综述了淀粉系、纤维素系和合成聚合物等三大类高吸水高分子材料的研究进展。
关键词：高吸水材料,淀粉系,纤维素系,合成聚合物1 引言中国人均水资源仅为世界平均水平的四分之一,水资源的短缺对农业、林业以及工业的发展产生了极大的影响,研究和使用土壤保水剂极其必要。
土壤保水剂对缓解干旱,提高水资源的充分利用具有非常积极的作用。
传统的吸水材料,如纸、海绵、棉花等吸水能力低下,保水能力差,受到外力后易脱水。
1960年代,C. R. Russell等人开发了一种新型的高吸水性材料(SAP),其吸水能力为其自身重量的300～1 500倍,且不溶于水和有机溶剂,高温和高压条件下,也不容易失水,稳定性强,在酸、碱条件下可以保持其自身结构,重复利用性优异[1]。
自此成果发表以来,SPA得到了广泛的应用研究,展示了其在建筑、绿化、医卫、环保等领域非常广阔的应用空间。
2 国内外同类研究概况根据主要原料的来源,SAP主要分为淀粉系、纤维素系和合成聚合物系三大类。
2.1 淀粉系刘建树等[2]以淀粉为原料,磷酸盐为交联剂,反应得到淀粉磷酸酯SAP。
发现SAP的吸水率(WUP)与反应时间、温度、搅拌速率、交联剂质量、淀粉质量和分散剂质量都有关,WUP随着搅拌速率增加而增加,随着淀粉质量的增加而降低。
此SAP可完全生物降解,在土壤中40天左右会完全消失。
刘晓洪等[3]通过黑曲霉菌等三种微生物生长试验、土壤包埋试验和毒性试验研究了淀粉接枝SAP的生物降解性和毒性。
发现几种霉菌均生长较好。
土埋42天后,SAP中仅有少许淀粉未分解完全,生物降解性优异。
乔冬玲[4]借助Haake密炼机成功构建淀粉基SAP,并考察了体系水分含量对其分子结构及宏观性能的影响,结果表明,低水分含量所构建的淀粉基SAP的三维网格结构不均一,该结构在提高其WUP的同时,降低了其吸水倍数(WUR)及凝胶强度(GS)。
超强高分子吸水材料的研究进展与应用
高吸水树脂的现状、发展与前景[摘要]本文综述了超强高分子吸水材料的发展历史、现状、发展方向及应用情况,并简述了超强高分子吸水剂的分类、结构特点、吸水机理及合成原理和方法。
[关键词]超强高分子吸水剂;高吸水性树脂;研究进展超强高分子吸水材料即高吸水性树脂,是一类新型的功能高分子材料。
它具有吸水量大和保水性强两大特点,它可以吸收比自身重量高几百到几千倍的水,而且所吸入的水在适当的压力下也不会被挤出。
这是传统的吸水材料如纸、海棉、泡沫塑料等所无法比拟的。
高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。
60 年代初美国农业部北方研究中心的L. A. Gugliemelli[1 ]等最早开始淀粉接枝丙烯腈研究,其后同中心的G. F. Fanta[2 ]等人接着研究,并与1966 年首先宣布,他们制定出了淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂,并指出,这种树脂比以往的任何材料的吸水性能都要好。
他们的研究结果立即引起了世界各国的广泛关注,相继开展了这方面的研究,并取得了不错的进展。
美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列,到80 年代已实现了工业化生产。
我国是从80 年代才开始高吸水性树脂研的,1982 年中科院化学所[3 ]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类树脂,直至目前国内研究高吸水性树脂一直是一个热点,每年有大量的文献报道,已有专利几十项。
但这些多是基础性研究,在应用研究和工业化生产方面与国外尚有很大的差距。
1 高吸水性树脂的分类与特点高吸水性树脂的种类很多,总的来说,可以分成天然高分子与合成高分子两大类．高吸水性树脂的品种很多,但目前国内外研究与应用最多的集中在:(1) 聚丙烯酸类和淀粉接枝丙烯酸类;(2) 聚丙烯腈水解物类和淀粉接枝聚丙烯腈水解物类;(3) 纤维素类;(4) 聚乙烯醇类。
其中应用最为广泛的聚丙烯酸类。
1．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。
高吸水保水高分子
三、高吸水高分子材料的分类
按亲水基团分 ①非离子系:如羟基类、酰胺基类等 ②阴离子系:如羧酸类、磺酸类、磷酸类等 ③阳离子系 :如叔胺类、季铵类等 ④两性离子系：如羧酸－季铵类、磺酸－叔胺类 ⑤多基团类 ：如羧酸－羟基类、羧酸基－酰氨基 －羟基类、磺酸基－羟羧基类等 由于基团间的协同效应，一般多基团类的吸 水性能优于单一基团
高吸水性树脂是在水溶性聚合物的基础上 通过交联水解技术制得,它具有低交联度、高 溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。 从化学结构看,高吸水性树脂主链或侧链上 含有亲水性基因如羟基、酰胺基、羧基、磺 酸基等;从物理结构看,这是一个低交联度的三 维网络。
高吸水高分子的吸分子材料的应用
5.4 在土木建筑方面的应用
止水防水材料 结露防止剂、润湿剂 防污涂料 易玻璃涂料 高强度混凝土制品
五、高吸水高分子材料的应用
5.5 在石油化工方面的应用
堵水剂 石油工业管线密封 原料或成品的脱水 污水处理
五、高吸水高分子材料的应用
5.6 在矿山防尘方面的应用
抑止露天矿山路面的粉尘飞扬 防止巷内落尘飞扬 尾砂库或排土场的抑尘剂 矿岩装卸过程的抑尘剂 爆破作业的抑尘剂
三、高吸水高分子材料的分类
根据交联反应类型分 ①用交联剂交联在材料体内形成网络结构，如多反应 官能团交联剂交联的水溶性聚合物，多价金属离子交 联的水溶性聚合物、高分子交联剂交联的水溶性聚合 物等； ② 通过反应物的自交联形成网络结构，如聚丙烯酸盐、 聚丙烯酰胺等的自交联； ③采用高能射线辐照使反应物交联形成网络状结构， 如聚乙烯醇、聚氧化烯烃的射线辐照进行交联； ④水溶性聚合物导入疏水基或形成结晶度较高的聚合 物使之不溶于水，如聚丙烯酸与含长链（C12～C20） 的醇进行酯化反应得到不溶性的高吸水性聚合物等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
吸水后凝胶强度低，长期保水性差，耐
水解性较差。
速度较快耐水解，
别
优 与点
吸水后凝胶强度
储量丰富，可不断再生，成本低;无毒且 大，保水性强.抗 能微生物分解，可减少对环境的污染。 菌性好.但可降解
联共
同 系点
均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类 性差.适用于工业 似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树 生产 脂的制备
超强吸水高分子材料发展
传统吸水材料：纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料 等材料。
60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂，含有 强亲水性基团并具有一定交联度的高分子材料。
问世 30多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透 到各行各业。
如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂等； 在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、 抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等。在 日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料 等
微观结构
多孔网状结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
五、合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引
解释
引发自由 发
基聚合反应
剂
交
令聚合物
链相互交联
联
决定了树
剂 脂空间网络 的大小
影
响
用量：一般为单体的0.01~0.8%
用量过多： 网络变小 吸水率
用量过少： 可溶部分增多 吸水率
用量：一般为0.2～0.8%
超强吸水高分子材料综述
既然安上super这个头衔, 那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别
普通吸水材料
SAP
超强吸水高分子材料综述
SAP优点
吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。
吸水前
吸水后
超强吸水高分子材料综述
保水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
超强吸水高分子材料综述
用壳多糖)、蛋白 质类等
三、基本结构
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
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
甲壳质衍生物
四、SAP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
吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ
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）。
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。
用途
植物养护泥
各式吸潮剂
一、吸 水 原 理
1
物理吸附 棉花、纸张、海绵等。
、
毛细管的吸附原理。
吸
水
有压力时水会流出。
实 质 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。
2.SAP的吸水原理
较慢。通过毛细管吸附和分散作用吸水。
水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,
淀粉结构 支链淀粉 直链淀粉
H OH
O HO
H H
HO
OH O HO
OH
H H
HO H
OH
O HO
OH
HO
H H
OH O
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O O
O
O O
O O
比较
淀粉 系
纤维素系 合成系
价格低廉、生物降解性能好 抗霉解性优
工艺简单，吸水、
区缺 点
合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳，保水能力强 吸水
用量过多：网络收缩
吸水率
用量太少：树脂溶解度
吸水率
天然产物的接枝改性
CH2OH
O O
OH
O
OH
活化 mCH2 CHCN
17.5%NaOH n-2
K+盐引发剂
CH2OH
O
OH O CH2
O
n-2
OH
CH CN m
优选第四章超强吸水高分子材 料
Super Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料定义
超强吸水高分子材料(Super Absorbent Polymer简称 SAP)也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚合 物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高 分子材料。
二、分
类
甲壳质衍生物
淀粉系
SAP
纤维素系
合成高分子系
纯合成高分子
聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物 其它
聚乙烯醇类 聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性 单体接枝共聚物 其它
天然高分子加工产物
淀粉类 纤维素类
淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物 淀粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物 其它 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它
亲水基团离解, 离子之间的静电排斥力使
树脂的网络扩张。
（外）
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
H2O
（内） 交
联 点 吸水树脂的离子型网络
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