超强高分子吸水材料的研究进展与应用
吸水性强的材料
吸水性强的材料吸水性强的材料在日常生活和工业生产中有着广泛的应用,它们可以帮助我们解决许多吸水和保湿的问题。
在本文中,我们将介绍一些常见的吸水性强的材料,以及它们的特点和用途。
首先,我们来介绍一种常见的吸水性材料——高分子吸水性树脂。
这种材料具有极强的吸水性能,可以吸收自身几百倍甚至上千倍的水分。
因此,它在卫生用品、农业、建筑材料等领域有着广泛的应用。
例如,在卫生用品中,高分子吸水性树脂可以用于制造尿不湿、卫生巾等产品,能够快速吸收体液并保持干燥。
在农业领域,它可以用于土壤保水,提高土壤的保水性能,减少水分的蒸发,提高作物的产量。
在建筑材料中,高分子吸水性树脂可以用于混凝土中,改善混凝土的性能,提高混凝土的抗渗性和耐久性。
除了高分子吸水性树脂,还有一种常见的吸水性材料是活性炭。
活性炭具有极强的吸附能力,可以吸附空气中的水分和有害气体。
因此,它在空气净化、水处理、防霉防潮等方面有着广泛的应用。
例如,在空气净化领域,活性炭可以用于制造空气净化器滤芯,吸附空气中的有害气体和异味,保持空气清新。
在水处理领域,活性炭可以用于制造水处理设备,去除水中的异味和有害物质,提高水质。
在防霉防潮方面,活性炭可以用于制造防潮剂,吸收空气中的湿气,保持环境干燥。
此外,还有一些天然材料也具有较强的吸水性能,比如竹炭、木炭等。
这些材料在一定程度上可以替代活性炭,具有吸水性强、环保无污染等优点。
它们可以用于制造空气净化产品、水处理产品、防霉防潮产品等,同样有着广泛的应用前景。
总的来说,吸水性强的材料在我们的生活和工业生产中有着重要的地位,它们可以帮助我们解决吸水和保湿的问题,改善生活质量,提高生产效率。
随着科技的不断进步,相信吸水性强的材料会有更广阔的应用前景,为我们的生活带来更多的便利和舒适。
超吸水纤维的研究进展及其应用
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图 1 马 来 酸 酐接 枝 改性 纤 维 素 S A F
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图 4 聚丙烯酸接枝改性聚乙烯醇 S AF
通常 , 加 工 性 能 良好 的 S A F的化 学 结 构 是 复
( 2 ) 聚羧酸系 S A F: 在聚不饱和羧酸 ( 其 单 体 主要包 括丙 烯 酸 、 丁烯酸、 甲基丙烯酸等 ) 和 羧 酸 的共 聚物 中加 入其 它 可 纺 性较 好 的聚 合 物共 混 纺
丝, 从 而制得 S A F 。对 所制 备 的 S A F可加 入适量 的
杂的, 它一般 都含有 几种 类 型 的亲水 性 单体 的接枝 共 聚或嵌 段 共聚 而成 , 而且还 与具有 一 定强 度 和韧
性的P E T 、 P P聚合 物共混 。如 : 丙 烯腈 + 丙烯酸+ N
一
羟 甲基 丙烯 酰胺 一 共 聚一 纺 丝 一 交 联一 纤 维 ; 丙
文 献标 识码 : A
文章 编号 : 1 0 0 8 — 5 5 8 0 ( 2 0 1 7 ) 0 1 — 0 1 9 5 - 0 6 性_ l ( 表 1 ) 。由于 S A F直 径 小 , 具 有 大 的 长 径 比
超 吸水 纤维 ( s u p e r a b s o r b e n t f i b e r , S A F ) 是具
第一作者 : 李强林 ( 1 9 7 5 -) , 男, 博士 , 副教授 , 研 究方向 : 功能材料与 高性 能材料研究与应用 。
高吸水树脂及其耐盐性研究
高吸水树脂及其耐盐性研究摘要高吸水性树脂是一种新型高分子材料,在各行各业中都有广泛的应用,在实际应用中,高吸水树脂所吸的都是含盐的水,而盐对高吸水树脂的吸水率又有很大的影响,因此研究高吸水树脂的耐盐性有很大的实际意义,文章介绍了高吸水树脂的吸水机理,盐对高吸水树脂的影响及影响高吸水树脂耐盐性的因素,重点研究了耐盐性改进的几种方法,并对高吸水树脂的未来发展趋势做出展望。
关键词高吸水树脂;耐盐性;吸水率;吸水机理高吸水性树脂又称为超强吸水剂,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。
与传统的吸水材料(如纸、棉、海绵等)相比,高吸水性树脂具有吸水容量大、吸水速度快、保水能力强等优越性能,广泛应用于农业、园林、建筑、涂料、石油化工医、疗卫生及环境保护等领域。
1高吸水树脂的吸水机理高吸水性树脂由于是一个交联的三维网络结构,所以其吸水过程是高聚物的溶胀过程,一个比较复杂的过程。
目前,较为通用的离子网络理论认为,高吸水树脂在水中,水分子氢键与高吸水树脂的亲水基团作用,离子型的亲水基团遇水开始离解,阴离子固定于高分子链上,阳离子为可移动离子,随着亲水基团的进一步离解,阴离子数目增多,离子间的静电斥力增大使树脂网络扩张,同时为了维护电中性,阳离子不能向外部溶剂扩散,导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大,网络内外的渗透压随之增加,水分子进一步渗入。
随着吸水量的增大网络内外的离子浓度差逐渐减少,渗透压差趋于零,同时随着网络扩张其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电斥力,最终达到吸水平衡。
2盐对高吸水树脂吸水倍率的影响高吸水树脂吸水倍率受盐的影响很大,如吸收纯水可达400倍~600倍的聚丙烯酸盐系吸水树脂,吸自来水为250倍~350倍,生理盐水40倍~60倍,人工海水7倍~l0倍。
盐浓度越高其吸水倍率越低。
耐盐性可分为两个方面,即对钠盐,钾盐等碱金属盐的耐盐性(称作耐碱金属盐性)和对钙盐、镁盐,铝盐等多价金属盐的耐盐性(称为耐多价金属盐性)。
我国高吸水性树脂的制备及性能研究进展
专论与综述我国高吸水性树脂的制备及性能研究进展杨晓玲(青岛化工学院化工系,山东青岛 266042) 摘 要:介绍了我国近20年来高吸水性树脂的研究情况。
关键词:高吸水性树脂;超强吸水树脂;接枝共聚物;吸水剂 中图分类号:T Q325 文献标识码:A 文章编号:1003-0840(2001)01-0016-04 近年来,一种新型的高分子材料以其优异的吸水性能和广阔的应用领域越来越受到人们的重视,并发展成为一个专门的科学领域,它就是高吸水性树脂,亦称超强吸水剂。
1 我国高吸水性树脂的制备研究 我国于80年代初开始进行高吸水性树脂的研究。
1982年中科院化学所的黄美玉等人[1]在国内最先合成出以二氧化硅为载体的聚- -巯丙基硅氧烷为引发剂,吸水能力为400倍的聚丙烯酸钠类高吸水性树脂,之后有关高吸水性树脂的专利和文献报道逐渐增多,在80年代后期已有20多个单位进行了开发工作,并有少数单位已进行生产。
90年代末我国已将其应用列为重大科技推广项目在农业方面应用。
如吉林省将其用于移植苗木,新疆、河南和甘肃等省用其改良土壤。
但由于目前高吸水性树脂的价格较高,至今收效甚微。
1.1 淀粉-丙烯腈接枝共聚 以淀粉-丙烯腈接枝共聚制备高吸水性树脂的单位有[2]:兰州大学、南开大学、上海大学、黑龙江科学院石化所、太原工业大学、湖北省化学研究所、海南师范学院、中科院长春应用化学所、宁夏计量研究所、中科院成都有机化学研究所、青岛化工学院[3]等。
制备实例[4]:将50g玉米淀粉与850m L蒸馏水调匀,加入三口烧瓶中,然后加入3g37%甲醛,水浴加热,搅拌成糊,冷却至室温,依次加入76g丙烯腈,14g硝酸铈铵溶液(1.25g硝酸铈铵用12.75 g1mo l・L-1硝酸溶解制得),搅拌均匀,用50%NaOH调至pH为7,通入氮气,在氮气保护下,至室温搅拌2h,加入200m L蒸馏水,水浴加热至82℃,保温搅拌20min,驱尽过量丙烯腈,加入100g 50%NaOH,升温至80~90℃,保温搅拌皂化2h,至出现淡黄色为止,用冰乙酸调pH至7,迅速加2000m L无水甲醇,搅拌下纯化,蒸出过量甲醇,冷却至室温,抽滤,于60℃真空干燥,制得的吸水树脂吸蒸馏水量为1650g・g-1,吸人工尿为130g・g-1。
高吸水性树脂的结构特点和应用前景
高吸水性树脂的结构特点和应用前景高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料, 由含强亲水性基团的单体经过适度交联使其能够吸收上百倍甚至上千倍的水, 并且具有很强的保水性能。
它的微观结构因其合成体系不同而呈现多样性。
它的吸水机理可以用Flory 的凝胶理论及刘廷栋的离子网络结构来解释。
一、高吸水性树脂的结构特点高吸水性树脂吸水但不溶于水, 也不溶于常规的有机溶剂。
用不同方法合成的不同种类的吸水性树脂的结构也是千差万别。
对绝大多数高吸水性树脂而言, 从化学结构看, 它的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性官能团, 这些亲水基团与水的亲合作用是其具吸水性的最主要内因; 从物理结构看, 要实现其高吸水性, 树脂必须是一个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, 高吸水性树脂的微观结构也因其合成体系不同而呈现出多样性: 如黄美玉等研究的淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构, I1Sakata等研究的纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构, 而部分水解的聚丙烯酰胺树脂则呈粒状结构( GranularSt ructure) 等。
I1Sakata 等采用冷冻态—SEM 透镜法来研究高吸水性树脂的微观结构, 此法具有高准确度和客观反映原始结构的优点, 另外, 研究树脂吸水后形成水凝胶的多孔网状结构对其吸水机理的探讨及性能的改进也有十分重要的意义。
日本的吉武敏彦认为, 高吸水性树脂是具有像ABS 塑料那样的“岛屿”型微相分离结构。
在聚乙烯醇—丙烯酸盐嵌段共聚物中, 聚丙烯酸盐就像无数的“小岛”分布在聚乙烯醇的“大海”中。
聚乙烯醇使聚丙烯酸盐不再溶于水, 当聚丙烯酸盐吸水溶胀时, 分子伸展, 使吸水凝胶具有高强度。
而当聚丙烯酸盐失水时, 聚乙烯醇又对失水起着阻挡层的作用。
对于淀粉—聚丙烯酸盐接枝聚合物来说, 聚丙烯酸盐是“岛”, 而淀粉是“海”, 淀粉使聚丙烯酸盐不溶于水而本身吸水作用不大。
高吸水树脂的制备及其性质研究
高吸水树脂的制备及其性质研究高吸水树脂,也叫超级吸水树脂,是一种高分子材料,能够吸收数倍于自身重量的水或其他液体。
它具有良好的吸水性、保水性、离子交换性和吸附性等特点,因而被广泛应用于卫生、农业、环保、化工等领域。
本文将介绍高吸水树脂的制备、特性及其在实际应用中的优缺点。
一、高吸水树脂的制备高吸水树脂的制备方法较多,主要包括自由基聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法等。
以下将分别介绍这三种方法的原理及特点。
1、自由基聚合法自由基聚合法是目前应用最广泛的高吸水树脂制备方法之一。
该方法是利用双烯丙基醚、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺等单体和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)等交联剂在反应器中,在引发剂的作用下发生自由基聚合反应,形成高分子网状结构。
自由基聚合法的优点是操作简单、工艺成熟、产量高,且制备出的高吸水树脂具有较为均匀和稳定的孔隙结构、较高的吸水性能和化学稳定性。
但缺点也明显,由于聚合反应过程中存在多种副反应,如交联度不均、水解、分解等,导致产品品质不稳定,耐久性差,且合成出的高吸水树脂多为非无毒或半无毒的产物。
2、原位聚合法原位聚合法是在水溶液中通过加入不同的单体,即可得到高吸水树脂的制备方法。
该方法的关键在于加入丙烯酸及其衍生物、丙烯酰胺及其衍生物等水溶性单体,并反应后形成高分子材料的过程。
与自由基聚合法不同,原位聚合法需要在低温下进行反应,以控制高分子的交联度,并加入交联剂促进交联反应的进行。
原位聚合法的优点在于制备出的高吸水树脂结构较为优化,分子间的相互作用增强,吸水性能更好,且水分子运动更加自由,有利于离子交换反应的进行。
缺点是需要对反应温度、反应物和交联剂等进行较为严格的控制,否则会产生聚合不完全、交联不均和晶体生成等副作用。
3、悬浮聚合法悬浮聚合法是一种新型的高吸水树脂制备方法,主要通过将单体和交联剂等散布在水中,形成悬浮液,并在引发剂的作用下进行自由基聚合反应。
与自由基聚合法相比,悬浮聚合法的优点在于制备工艺简单、成本低、产能高,且吸水性能和耐久性都得到了很大的改进。
超吸水纤维材料研究进展
超吸水纤维材料研究进展超吸水纤维材料研究进展超吸水纤维材料是一种具有强吸水能力的新型材料,其在吸水性能、结构设计和应用领域等方面的研究进展正得到越来越多的关注。
本文将从以下几个方面介绍超吸水纤维材料的研究进展。
首先,超吸水纤维材料的吸水性能是其最突出的特点之一。
这种材料可以吸收自身重量的水,甚至超过自身重量的几十至几百倍。
这种强大的吸水能力使得超吸水纤维材料在许多领域具有广泛的应用前景。
研究者们通过改变纤维的表面形态和化学结构,提高了材料的吸水速度和吸水容量。
例如,引入表面微纳米结构和功能化修饰,可以增加材料与水之间的接触面积,从而提高吸水性能。
其次,超吸水纤维材料的结构设计也是研究的重点之一。
通过调控纤维的孔隙结构和分子排列方式,可以实现材料的不同吸水性能和力学性能。
研究者们通过改变纤维的孔径、孔隙分布和孔隙连通性等参数,可以调控材料的吸水速度和吸水容量。
此外,通过调整纤维的分子排列方式,可以使材料在不同方向上具有不同的力学性能,为不同应用场景提供了更好的选择。
最后,超吸水纤维材料的应用领域也在不断扩展。
目前,超吸水纤维材料已经在农业、医疗、环境保护等领域得到了广泛的应用。
在农业领域,超吸水纤维材料可以作为土壤保水剂,提高土壤水分利用效率,减少农作物的水分蒸发损失。
在医疗领域,超吸水纤维材料可以用于制备敷料和消化道吸附剂,具有良好的吸附和保湿效果。
在环境保护领域,超吸水纤维材料可以用于污水处理和油水分离等方面。
综上所述,超吸水纤维材料在吸水性能、结构设计和应用领域等方面的研究进展已经取得了令人瞩目的成果。
随着对材料性能和应用需求的不断提高,相信超吸水纤维材料将在未来得到更广泛的应用和发展。
高吸水树脂应用与发展
高吸水树脂的发展与应用摘要:高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料,由于它具有很强的吸水性和优良的保水性,近年来,高吸水性树脂的开发在我国发展较快。
在工业、农林、园艺及日常生活等方面具有广阔的应用前景。
介绍了高吸水树脂的研究状况、应用现状、发展现状及其在各方面的应用,并讨论了改进高吸水树脂性能的方法以及目前的主要研究趋势,并对对今后的研究发展进行了展望并提出建议。
关键词:高吸水树脂;现状;应用;发展一、高吸水树脂1、高吸水性树脂的定义高吸水树脂 (super —absorbent Polymer,简称SAP),是一种出现与2O世纪60年代的一种经适度交联的具有三维网络结构的新型功能高分子材料。
由于该材料分子中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团而具有高分子电解质的分子扩张性能。
同时,由于微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张,使得分子在水中只溶胀不溶解,具有奇特的吸水和保水能力,它能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水,并有很强的保水能力,已经被广泛应用于农林、园艺、工业、医疗、环保等各个领域。
2、高吸水树脂的特点(1)吸水量高常用的吸水材料海绵等吸水能力为自身重量20倍左右,而淀粉类树脂可吸收自身重量的数百千倍的水。
(2)保水性好普通吸水材料吸水后,受到压力,易放出水,但高吸水性树脂受压,水不容易从树脂中放出来,也就是说它在外加压力下仍具有良好的保水性。
(3)热稳定性好不同吸水树脂,有不同的热稳定性。
淀粉类在150度加热1h,开始变黑,吸水能力下降,如把高吸水树脂储存在密封容器中,可储存3-4h,其吸水能力不变。
(4)增稠性高吸水性树脂吸水后呈水凝状,比普通水溶性的更高的黏度,明显的增稠效果。
3、高吸水树脂的分类(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。
简述sap吸水原理的应用
简述sap吸水原理的应用1. 什么是SAP吸水原理?SAP(Super Absorbent Polymer)即超级吸水聚合物,是一种高分子化合物,具有极高的吸水性能。
它可以在自身体积的数百倍水容纳量的水分。
SAP是由交联的水溶性聚合物构成,通过吸水形成凝胶状态,并能够在一定程度上保持水分。
在干燥状态下,SAP呈粉末状,但一旦接触到水,它会快速吸收水分并膨胀成凝胶。
2. SAP吸水原理的应用领域SAP吸水原理得到了广泛的应用,特别是在以下领域:2.1 医疗领域SAP可以用于医疗敷料或尿布等产品中,以吸收和保持体液,防止外泄。
这带来了许多优势,例如提供干爽的感觉,减少感染的风险,并提高舒适度。
此外,SAP还可以用于手术器械的吸乳功能,从而帮助医生更好地控制手术环境。
2.2 农业领域SAP可以用于农业领域,特别是在植物栽培和土壤保湿方面。
SAP能够吸收和保持大量的水分,然后缓慢释放给植物根系。
这有助于提高土壤的保湿性能,减少浪费的水资源,并提高植物的生长和产量。
2.3 卫生产品领域SAP广泛应用于卫生产品中,例如卫生巾和尿片。
通过使用SAP,在这些产品中可以有效地吸收和锁定体液,保持干燥。
这使得产品更加舒适,并提供更长时间的使用寿命。
2.4 包装领域在包装领域,SAP可以用作吸湿剂,用于吸收和保持包装中的湿气或流体。
这有助于保持产品的品质和寿命,并防止湿气对产品的影响。
2.5 环境保护领域在环境保护领域,SAP可以用于处理与污水处理有关的问题。
它可以用作固体污泥的稳定剂,以减少体积和减少对环境的影响。
此外,SAP还可以用于控制土壤和水体中污染物的释放,提高环境质量。
3. SAP吸水原理的优势和局限性3.1 优势•高吸水性能:SAP可以吸收自身重量几百倍的水分,远远超过其他吸水材料。
•高保水性能:SAP能够保持吸收的水分,并缓慢释放给周围环境。
•高稳定性:SAP在吸水过程中保持稳定的结构和形状,不易溶解或流失。
吸水高分子材料
吸水高分子材料1.吸水高分子材料的研究进度目前,对吸水性树脂的研究多是从吸水速度、吸水率、凝胶强度三个方面做工作。
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。
林建明等人合成了膨润土的部分水解交联的聚丙烯酰胺树脂,通过SEM 电镜观察,发现膨润土全部吸附于树脂交联网络,使凝胶的刚性增强。
日本三菱公司将淀粉接枝丙烯酸与PVC 塑料共混,不仅提高了吸水树脂的凝胶强度,也增强了PVC 的吸水能力。
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.2.吸水高分子材料的吸水机理高吸水性树脂的吸水分几个阶段。
最初阶段其吸水速率很慢,因为此时的吸水是通过毛细管吸附和分散作用来实现的,接着水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,使之发生离解,阴离子固定在高分子链上,阳离子则可以自由移动。
随着亲水基因的进一步离解,阴离子数目增多,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张;同时为了维持电中性,阳离子不能向外部溶剂扩散,导致阳离子在树脂网络内浓度增大,于是网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。
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。
3.材料吸水能力的差异与原因人们追求的目标是使吸水性材料具有更高的吸水能力和吸水速度。
由材料的结构和吸水原理可知,影响树脂吸水能力的因素有很多,主要有交联密度.结构组成.溶液性质.表面形态.制备方法.流体力学体积等。
如未经交联的树脂基本上没有吸水功能,而交联后,吸水率会成千倍的上升,但随着交联密度的增加,吸水率反而下降。
在聚丙烯酸树脂中引入亲水性非离子型单体共聚,可提高吸水速度,但影响了吸水能力。
浅谈功能高分子材料的研究现状及其发展前景
材料在人们的日常生活中随处可见,材料能否得到高水 平的发展,关系着人们能否获得高质量的生活。人们在日常 生活中通过应用高分子材料,能够获得较多优势,与现代生 产相适应。同时,还能带来较高的经济效益等。因此,功能高 分子材料在工业领域得到了快速的发展。
功能高分子材料源自20世纪60年代,在这一时期属于新 兴领域,在能源领域、电子领域以及生物领域得到了广泛的 应用。目前,随着科学技术在21世纪的不断创新,人们对功 能高分子材料也进行了有机创新,能够为人们带来更加便捷 的生产和生活。 1 功能高分子材料的性能和种类
目前,导热高 分 子材料 分为两 种,分 别为 添 加型以 及 结构型。为了提高高分子材料的导热性能,需要对一些导 热 性 能比 较 好 的 材 料进 行 相 应 的 研究。由于添 加 型导热 高分子材料的研究方式优于结构型高分子材料,目前研究 领域主要集中于添加型。在研究的过程当中,导热率的高 低与填充物以及聚合物基体之间有着密不可分的关系。 相关科 研人员通 过研究人 造 卫 星的高导热绝 缘 胶 黏 剂发 现,名为环氧树脂的导热胶可以有效提高原胶以及膜状胶 的整体性能。 2.7 磁性高分子材料
料,2018,19(3):233-235. [5]吕海 佳.浅谈化学高分 子材料的应用与发 展前景[J ].云南化工,
2018,45(11):26-27.
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目前,我国对高分子材料进行了相关研究,主要研究内 容包括材料的安全性、对组织和血液的相容性、生物学性 能,提高了其力学、机械、物理等性能。
材料在我国具有较长的研究和发展历史,但是产业发展 规模以及开发研究水平还落后于发达国家。自我国加入WTO 以后,材料产业迎来了更大的挑战和机遇。因此,需要进行 跨部门和学科的有效合作,在国家的大力支持下,引进相关 技术,结合自身优势和能力,重点研究材料在智能化药物控 释以及分子设计等方面的应用[5]。
高吸水性树脂介绍与应用
高吸水性树脂介绍与应用一、高吸水性树脂介绍:高吸水性树脂又称为超强吸水剂,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。
不溶于水和有机溶剂,但具有吸水性和保水性亦具高分子材料的优点。
二、高吸水树脂的分类:高吸水性高分子材料按照原料的不同可以分3 类:淀粉系列、纤维素系列和合成系列。
前两类以淀粉或纤维素为主要原料,在主链上接枝共聚上亲水性或水解后为亲水性基团的烯烃单体;后一类主要由聚丙酸型树脂或聚乙烯醇型树脂为主要原料,经过适度的交联即可制得,近年来已经成为了高吸水性高分子材料的热点。
三、高吸水性树脂的结构:高吸水性树脂是一种三维网络结构,它不溶于水而能大量吸水膨胀,形成高含水凝胶。
高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性,这是因为其分子中含有强吸水性基团和一定的网络结构,即具有一定的交联度。
实验表明:吸水基团极性越强、含量越多,吸水率就越高,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除。
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。
大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等)的三维网状结构所组成。
吸水时,首先是离子型亲水基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结构及分子链间的相互作用(如氢键)所产生的阻力时,吸水达到饱和。
四、高吸水性树脂的吸水机理:高吸水性树脂吸水机理有多种解释,其中有两种占主要地位。
一者认为高吸水性树脂吸水有3个原动力:水润湿、毛细管效应和渗透压。
吸水材料化学实验报告
一、实验目的1. 了解高吸水性树脂(SAP)的特性和吸水机理。
2. 探究不同吸水材料的吸水性能差异。
3. 学习化学实验的基本操作技能。
二、实验原理高吸水性树脂(SAP)是一种功能高分子材料,具有超强吸水性能。
其吸水机理主要是通过分子链上的亲水性基团(如羟基、羧基等)与水分子形成氢键,使水分子被牢牢束缚在材料内部。
本实验主要探究SAP的吸水性能,并与其他吸水材料进行对比。
三、实验材料与仪器材料:1. 高吸水性树脂(SAP)2. 纸巾3. 海绵4. 水和盐水仪器:1. 电子天平2. 烧杯3. 试管4. 滴管5. 挤压器四、实验步骤1. 称量- 使用电子天平分别称取1g SAP、纸巾和海绵。
2. 吸水实验- 将SAP、纸巾和海绵分别放入盛有清水的烧杯中,浸泡一段时间。
- 观察并记录各材料吸水后的重量。
3. 对比实验- 将SAP、纸巾和海绵分别放入盛有盐水的烧杯中,浸泡一段时间。
- 观察并记录各材料吸水后的重量。
4. 挤压实验- 将吸水后的SAP、纸巾和海绵分别用挤压器挤压,观察其保水性能。
五、实验结果与分析1. 吸水实验- SAP在清水中的吸水倍数最高,可达自身重量的几十倍。
- 纸巾和海绵的吸水倍数较低,分别约为自身重量的5倍和10倍。
2. 对比实验- SAP在盐水中的吸水倍数明显低于清水,说明SAP对盐的排斥性较强。
- 纸巾和海绵在盐水中的吸水倍数与清水中的相差不大。
3. 挤压实验- SAP在挤压后仍有较高的保水性能,而纸巾和海绵在挤压后水分流失较多。
六、实验结论1. 高吸水性树脂(SAP)具有超强吸水性能,吸水倍数可达自身重量的几十倍。
2. SAP对盐的排斥性较强,在盐水中的吸水倍数明显低于清水。
3. SAP具有较好的保水性能,在挤压后仍有较高的水分保持能力。
七、实验讨论1. SAP在吸水过程中,亲水性基团与水分子形成氢键,使水分子被牢牢束缚在材料内部。
2. SAP对盐的排斥性较强,可能与其分子结构有关。
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]。
高分子吸水树脂应用
高分子吸水脂树
高分子吸水树脂是一种新型的高分子材料,它具有能吸收比自己高几十倍几百倍的高吸水功能,英文简称SAP。
它的保水效果优良,一旦吸水膨胀成为水胶体,即使加压也很难把水分分离出来。
高分子吸水树脂是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料。
高分子吸水树脂在生活和生产的领域应用广泛。
在农林保水,生理卫生,建筑中都有广泛的应用。
一,在农业方面的应用:用于农业方面的高分子吸水树脂又称保水剂和土壤改良剂。
其主要包括钾盐和钠盐两个部
分,现在多数多用钾盐型,因为钠盐产品容易让土壤板
结,而钾盐有适合给农作物提供钾盐,不污染土壤。
其
使用方式有拌种、局部填埋等方式。
拌种方式就把种子
和保水剂混合后直接埋入土壤中。
也可以和化肥混合后
埋入土壤,充分发挥化肥的效果和利用率,防止浪费和
污染。
二,在生理卫生上的应用,主要用于女士卫生巾,儿童纸尿裤,医用冰袋,宠物垫等。
现在卫生巾和纸尿裤占有绝
大部分的使用量,应用于原因,高分子吸水树脂的吸水
速度快,吸水量大,吸水后不易散开。
无毒对皮肤没有
伤害。
还可以制作成控制成控制药物释放量、释放时间、
释放空间的只能载体。
三,在工业上的应用,在石油上的应用又称体膨颗粒,利用
它不溶于油,吸水的效果,达到堵水的效果。
利用高分
子的聚丙烯酰胺的吸水性进行驱油的效果。
四,在建筑方面用于快速膨胀的材料,是纯吸水的吸水树脂,主要用于汛期大坝洞的堵漏、地下室、隧道、地铁
的堵水;用于城市污水处理和工程的泥浆固化,以便挖
掘和运输等。
超强吸水高分子材料(1)
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• 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。
3
• 和传统吸水材料的区别
4
SAP的优点
1. 吸水能力高: 可达自身重量的几百倍至几千倍。
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2. 保水能力高:即使受压也不易失水
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用途广泛
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
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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氰开始, 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。
超强吸水高分子材料
1
自古以来,吸水材料的任务一直是由纸、 棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等材料所承 担的。但这些材料的吸水能力通常很低,所 吸水量最多仅为自身重量的20倍左右,而且 一旦受到外力作用,则很容易脱水,保水性 很差。
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超强吸水高分子材料综述
60年代末期,美国首先开发成功超强吸水高 分子材料
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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。
目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。
2.合成树脂系它的种类很多,且随着研究的深入,也越来越多。
主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等,其中以丙烯酸类最重要。
3.纤维系类由于淀粉系高吸水性树脂的出现,人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。
纤维原料来源广泛,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。
4.有机-无机复合高吸水性树脂20世纪80年代Pandurange等将高吸水性树脂与其他材料复合,发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。
因此有机-无机复合材料能得到迅速的发展,并在高吸水性树脂领域占据了重要天然高分子加工产物各类高吸水性树脂的应用广泛程度是由它们各自的特点所决定的。
对于淀粉类树脂,由于它是由极性吸水基团组成的,吸水后凝胶强度比较低,在吸水状态下会发生缓慢水解,尤其是在光照或加热情况下,容易出现凝胶溶解现象,因而淀粉类高吸水性树脂仅适合于一次性使用。
但是它无毒性,具有生物降解性,对环境无害。
目前多用来制造妇女卫生巾和婴儿尿布。
纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一,由于人口的增长,对粮食的需求增加,为了节约淀粉,人们对纤维素类高吸水性树脂的研究会越来越多。
目前,这一类吸水树脂的吸水倍率普遍不高,这是有待解决的问题。
对于纯合成的高吸水性树脂,目前研究最多、产量最大的是聚丙烯酸类。
这类树脂的聚合方法和生产工艺都已相当成熟,生产的树脂的各种性能指标都较好。
近年来人们不断探索新的合成方法[4,5 ],使聚丙烯酸类树脂的吸水能力不断提高,并通过引入非离子性单体,提高了吸水树脂的耐盐能力。
聚丙烯酸类高吸水树脂还有一个优点是经过适当处理后可以制成纤维状树脂,可以用一般的纺织机械加工制成成品,这大大简化了卫生用品的制造工艺。
聚乙烯醇类高吸水树脂的吸水倍率不及聚丙烯酸类,但它的特点是吸水速度快,2~3 分钟内即可达到饱和吸水量的一半。
如果它的吸水能力能进一步提高,有望成为重要的吸水材料。
2 高吸水性树脂的结构特征与吸水机理2. 1 结构特征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。
2. 2 吸水机理高吸水性树脂的吸水分几个阶段。
最初阶段其吸水速率很慢,因为此时的吸水是通过毛细管吸附和分散作用来实现的,接着水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,使之发生离解, 阴离子固定在高分子链上,阳离子则可以自由移动。
随着亲水基因的进一步离解,阴离子数目增多,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张;同时为了维持电中性,阳离子不能向外部溶剂扩散,导致阳离子在树脂网络内浓度增大,于是网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。
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。
3 高吸水性树脂的合成与研究方向3. 1合成原理与方法高吸水性树脂的合成原理是自由基引发聚合,可分为亲水性单体均聚、共聚和接枝共聚,其引发方法以化学引发为主,还有少数使用于γ一射线辐射引发、紫外光辐射引发和微波辐射引发。
高吸水性对脂的合成方法主要有溶液聚合、反相乳液聚合,反相悬浮聚合等。
反相悬浮聚合与传统的溶液聚合相比,具有反应体系稳定、产物颗粒均匀、吸水率高等特点。
而反相乳液聚合则具有产率高的优点。
目前,高吸水性树脂合成体系的研究主要集中于合成树脂和淀粉接枝共聚物,纤维素接枝共聚体系研究较少,可能是因为其反应条件苛刻、工艺复杂。
3.3 吸水性树脂的研究方向目前,对吸水性树脂的研究多是从吸水速度、吸水率、凝胶强度三个方面做工作。
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。
林建明等人[11 ]合成了膨润土的部分水解交联的聚丙烯酰胺树脂,通过SEM 电镜观察,发现膨润土全部吸附于树脂交联网络,使凝胶的刚性增强。
日本三菱公司[12 ]将淀粉接枝丙烯酸与PVC塑料共混,不仅提高了吸水树脂的凝胶强度,也增强了PVC 的吸水能力。
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[13~16 ] 。
4 高吸水性树脂的市场与应用自从高吸水性树脂实现工业化生产以来,由于市场需求不断增加,其产量增长迅猛。
1983年全世界高吸水性树脂年产量为6000 吨左右,而到了1996 年增长为45万吨,据最新报道,其产量仍以每年8 %的速度增长。
1982 年美国树脂的平均售价为7. 6 美元/ 公斤,1996年已降到1. 87 美元/ 公斤[17 ] ,价格的下调,刺激了消费,促进了产量的增长。
目前,全球生产的高吸水性树脂大约有90 %用于生产个人卫生用品[18 ]如婴儿尿布和妇女卫生巾等。
高吸水性树脂还可用在农业和园林上作为土壤保湿剂[19 ] ,这在沙漠防治和植草绿化方面极具应有前景;可作为建筑和电缆用的防渗漏剂[20 ];由于高吸水性树脂无毒、无腐蚀,作为调湿剂特别适用于蔬菜、水果、花卉的储存、包装和运输[21 ] ;另外,高吸水性树脂还可用作空气清新剂、人造雪、膨胀玩具等。
随着产量的不断增加,价格的不断下降,高吸水性树脂的应用领域将会不断拓宽,其发展前景广阔。
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