优选第四章超强吸水高分子材料

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
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）。
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。
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%
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
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
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
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
OHale Waihona Puke BaiduO
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
其它
多糖类(琼脂糖、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
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
用途
超强吸水高分子材料综述
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,
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