高吸水性树脂
高吸水性树脂
高吸水性树脂一、产品简介高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer,简称SAP）是本公司运用具有自主知识产权的发明专利而研发生产的一种新型的功能性高分子吸水材料，含有大量的亲水基团和独特的体型网状结构，能够在短时间内吸收并保持超过自身重量数百倍的水分或者数十倍的生理盐水（体液），保水性能良好，它以优异的吸水保持性能，在医疗卫生用品领域得以广泛的应用。
随着现代社会的飞速发展，其应用范围正在不断地拓展到更为广阔的领域。
高吸水性树脂是一种交联型丙烯酸/丙烯酸钠共聚物，外观呈白色颗粒状粉末，采用先进的专利生产技术，产品凝胶强度高、抗压吸收量大，单体残留量低，无毒无臭，对皮肤无刺激，在一定条件下可以完全降解成水、二氧化碳等小分子物质，是一种真正的“绿色”环保的高科技化工产品。
二、产品规格及主要性能指标型号项目SP306 SP601外观白色固体粒状白色固体粒状目数(占80％以上) 30～60 60～100吸盐水倍数(生理盐水 ,60 分钟)g/g ≥53 ≥50 吸水倍数(蒸馏水,60 分钟)g/g ≥520 ≥400吸水倍数(自来水,60 分钟 )g/g ≥300 ≥260吸水速度(80g自来水/g) 秒≤60 ≤28受压吸收量(生理盐水 ,0.3psi)g/g ≥30 ≥28 渗出量 g/2g ≤5.0 ≤5.0pH 值 6.5～8.0 6.5～8.0 含水量，% ≤7.0 ≤7.0推荐应用范围尿裤复合纸、卫生巾包装规格纸塑复合袋，20kg/袋；太空袋，750kg/袋；另也可按客户要求定做三、应用范围1. 婴儿、成人纸尿裤；2. 卫生巾或卫生护垫；3. 复合纸；4. 手术床垫；5．宠物床垫；6. 浴足高分子等。
四、使用方法1、推荐用量：尿片（6～15g/条）卫生巾（3～6g/片）复合纸（30～80g/m2）2、以上用量仅供参考，客户应根据实际的产品设计及设备情况决定用量。
五、注意事项1、本商品具有吸湿性，为防止受潮，宜在干燥阴暗处密封储存。
高吸水性树脂
影响SAP吸水速率的因素 • SAP 吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散，另一方面组成吸水剂的高 分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向SAP 内部的扩 散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。 • 吸水速率的因素主要有：吸水剂的种类、表面积大小以及表面结构。
• 离子型高吸水树脂的吸水速度较慢，达到最大吸水量需数小时甚至几十小 时。非离子型高吸水树脂的吸水速度非常快，达到饱和吸水量只需20min ~1h。
• 高吸水性树脂的两个显著特点：高吸水性和高保水性。
• 高吸水性树脂应用广泛，主要应用于卫生用品、农业等方面，如土壤改 良、农林园艺中育苗保苗等，使灌溉节水，并能提高农作物产量。
高吸水性树脂分类
天然高分子加工产物 淀粉-丙烯晴接枝聚合水解物 淀粉-丙烯酸共聚物 淀粉类 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物 其他淀粉类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其他纤维素类
• 结合水以很强的配位键或氢键与聚合物离子相结合，测不出熔点，所以又 称不冻水；而非正常水的熔点低于正常水；自由水的熔点与普通水相同。
图2
高吸水树脂亲水基团周围水的构造模型 A 结合水；B 非正常水；C 自由水
改善高吸水性树脂耐盐（电解质）性能的途径
• 引入非离子单体：最初的研究工作着重于将丙烯酰胺、( 甲基) 丙烯酸羟 乙酯等非离子单体引入聚丙烯酸盐分子链中，利用非离子单体对电解质相 对不敏感的特点和不同亲水性基团之间的协同作用来改善高吸水性树脂的 耐盐性能。 • 提高亲水性：提高树脂的亲水性可改善吸水能力和耐电解质性能。将丙 烯酸聚氧乙烯酯或烯丙基聚氧乙烯醚引入常规丙烯酸酯中，而且其分子链 上的长支链可起到物理缔合的作用，进一步提高耐电解质性能。 • 丙烯酸聚氧乙烯酯的结构如下所示：
各类高吸水性树脂比较
一、高吸水性树脂简介高吸水性树脂（在石油行业也称水膨体、体膨型聚合物、预交联凝胶等）是上世纪70年代迅速发展的一类新型功能高分子材料，它含有强亲水性基团，并具有一定的交联度，不溶于水，也不溶于有机溶剂，其特点是能够吸收达到自身总量的几百倍乃至几千倍的水，并且吸水速度快，吸水后成为一种被水高度溶胀的无色透明凝胶，即使施加压力也难以使水挤出，显示奇特的吸水、保水功能。
因此它一出现，便在农林园艺、医疗及生理卫生、建材、食品等领域得到广泛的应用。
高吸水树脂的制备方法主要有溶液聚合法、悬浮聚合法、反相悬浮聚合法和本体聚合法等。
高吸水性树脂的合成方法主要有本体聚合、溶液聚合、反相悬浮聚合和反相乳液聚合等几种方法。
高吸水树脂的溶液聚合方法主要有：反相悬浮聚合、反相乳液聚合和水溶液聚合。
吸水后的树脂内部存在3种状态的水，即结合水、束缚水、自由水。
结合水是水以一系列分子层在凝胶的内外表面溶剂化所形成的；在结合水的外层也有一层水，也具有一定的定向性，称为束缚水；最外层为自由水，由于与树脂以氢键结合，形成一体，故很难挥发。
温度升高，使分子热运动加剧，一部分自由水就挥发掉了，保水率下降。
目前根据制备高吸水性树脂的原料来源不同，高吸水性树脂大致可分为三大系列：淀粉系、纤维素系和合成树脂系。
淀粉类制备工艺复杂，产品耐热性能差，易腐烂变质，难以长期保存；纤维素类综合吸水性能相对较差；合成树脂类，尤其是聚丙烯酸盐类则由于原料来源丰富、价格低廉、能够防腐防变、长期保存、综合吸水性能优良等特点，因而成为当前研究的重点。
合成树脂系高吸水性树脂的主要产品有聚丙烯酸类：聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、丙烯酸与丙烯酰胺共聚；聚乙烯醇类：聚乙烯醇一酸酐交联共聚；醋酸乙烯一丙烯酸脂共聚水解等。
树脂的反复吸液性能测定所谓反复吸液能力是指树脂能够吸液、释放所吸液体并能多次重复进行这一过程的能力，它可用重复吸液次数和每次的吸液率来表示。
随着吸液次数的增加，吸水率略呈下降趋势，这是由于当树脂第一次吸液后，水分子进入树脂内部，部分水与树脂分子链上的亲水基团形成氢键，使之从自由水转变为结合水，在第一次吸液过滤后的干燥过程中，结合水无法全部除去，导致在尚未进行第二次吸水前其网络内就有少量水存在，降低了树脂结构内外的渗透压差值，使吸水推动力下降，故后一次吸水量减少。
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。
高吸水性树脂
在农业领域的应用
土壤改良：高吸水性树脂能吸收相当于其自身重量数百倍的水分可有效改善土壤湿度 和保水性能促进作物生长。
节水灌溉：通过使用高吸水性树脂可将灌溉水有效吸附并缓慢释放实现节水灌溉和 均匀供水。
农药和营养剂缓释：高吸水性树脂可以吸附农药和营养剂并在需要时缓慢释放提高农 药利用率和植物吸收率。
高吸水性树脂的制备方法主要包括化学合成和物理改性不同的制备方法可以得到不同性能的高吸水性树脂。
高吸水性树脂的分类
按原料分类：淀粉类、纤维素 类、其他天然产物类
按交联剂类型分类：羧甲基淀 粉、淀粉磷酸酯、纤维素黄原 酸酯等
按离子类型分类：阳离子型、 阴离子型、非离子型
按应用领域分类：农业、医疗 卫生、建筑材料等
高吸水性树脂的应用领域
卫生用品：用于生产婴儿尿布、成人失禁用品等 农业：用于土壤保水、植物生长调节剂等 医疗领域：用于吸收伤口渗出液、止血材料等 建筑材料：用于自修复混凝土、调节室内湿度等
化学合成法
原理：通过化学反应将原料转化为高吸水性树脂 优点：可控制产物的性质如吸水能力、分子量等 缺点：需要使用有机溶剂可能对环境造成污染 常用原料：丙烯酸、丙烯酰胺等单体
高吸水性树脂具有优异的保水性能 能够吸收相当于其自身重量数百倍 甚至上千倍的水分。
高保水性
在医疗领域高吸水性树脂可以用于 制造具有保湿功能的敷料和药物载 体促进伤口愈合。
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在土壤改良、节水农业、园艺等领 域高吸水性树脂的高保水性有助于 提高植物生长效率和抗旱能力。
高保水性还使得高吸水性树脂在化 妆品、个人卫生用品等领域具有广 泛的应用前景。
回收再利用：将废弃 的高吸水性树脂经过 处理后重新用于生产 新的高吸水性树脂或 其他用途。
高吸水性树脂
简介发展历史编辑本段简介高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，聚丙烯酸钠盐SUPER-ABSORBENT POLYMER,1976年，日本三洋化成是全球最早研究和生产吸水性树脂的厂家.编辑本段发展历史1950年微架桥聚合丙烯酸(增粘剂)的工业化（Goodrich 公司；USA）1960年亲水性高分子上市，架桥聚氧化乙烯（土壤保水剂），架桥聚乙烯醇（人工水晶体）增粘剂1974美国农业部发表了吸水性树脂的研究成果. 1978年世界上最早的吸水性树脂的商业化生产开始 (三洋化成) 吸水性树脂1982年用于纸尿裤的需求增大。
高分子凝胶的相转移理论的发表（田中豊一）90年代高分子学会开始成立「高分子凝胶研究会」（对于机能性凝胶的研究发表日趋活跃）机能性凝胶它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高负荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。
应用于农林业方面，可在植物根部形成“微型水库”。
高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。
高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。
此外，高吸水性树脂还可应用于医疗卫生、石油开采、建筑材料、交通运输等许多领域。
现有的高吸水性树脂的厂家有：三大雅精细化学品有限公司、日本触媒、得米化工、住友精化、巴斯夫、台塑这几大公司占了全球产量的99％，其中三大雅占55％。
高吸水性树脂目录简介发展历史编辑本段简介高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，聚丙烯酸钠盐SUPER-ABSORBENT POLYMER,1976年，日本三洋化成是全球最早研究和生产吸水性树脂的厂家.编辑本段发展历史1950年微架桥聚合丙烯酸(增粘剂)的工业化（Goodrich 公司；USA）1960年亲水性高分子上市，架桥聚氧化乙烯（土壤保水剂），架桥聚乙烯醇（人工水晶体）增粘剂1974美国农业部发表了吸水性树脂的研究成果. 1978年世界上最早的吸水性树脂的商业化生产开始 (三洋化成) 吸水性树脂1982年用于纸尿裤的需求增大。
高吸水性树脂
高吸水性树脂
高吸水性树脂（SAP）是一种高分子材料，有着奇特的吸水性能和保水能力，吸水可达自身重量的数百倍甚至上千倍，并可在数秒内生成凝胶，且保水性强，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，同时又具备高分子材料的优点。
高吸水性树脂是我公司与著名高校研究机构经过几年的研究共同开发出来的一种新型的产品，拥有自主的知识产权的吸水材料。
配方工艺独特，产品目前已能过省级鉴定，鉴定结果为“国内领先水平”。
用途：
可广泛用于干燥剂、脱氧保鲜剂、制热制冷设备、吸水膨胀橡胶、膨胀玩具、电缆阻水带、卫生巾、纸尿裤、凉垫、药品保湿、冰垫、冰帽、冰带、混凝土外加剂、农林园世抗旱保水、防沙治水等很多方面。
包装：
大包装：三层防潮塑编牛皮纸袋，25kg/袋。
第5章高吸水性树脂
纤维素也可采用与其他单体进行接枝共聚引入亲水性基团的方法 来制取高吸水性树脂。制备方法与淀粉类基本相同。
与淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素类的吸水能力比较低，一般 为自身重量的几百倍。
但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊形式的用途方面， 淀粉类往往无法取代。
例如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改善合成纤维的吸 水性能。这方面的应用显然非纤维素类莫属。
优点：原料丰富，产品吸水率较高，可达千倍以上。
缺点：吸水后凝胶强度低，长期保水性不佳。使用中易受细菌等微土物分解 而失去吸水保水作用。
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第二节 高吸水性树脂的分类
支链淀粉
淀粉结构
直链淀粉
H
OH H
O OH
O HO H H OH O HO
H
O H OH H O HO H H OH O
的制备
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第三节 高吸水性树脂的吸水机理
1. 吸水原理
物理吸附 吸 水 实 质 化学吸附 棉花、纸张、海绵等。 毛细管的吸附原理。
有压力时水会流出。
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。
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第二节 高吸水性树脂的分类
3. 合成聚合物类高吸水性树脂
原则上可由任何水溶性高分子经适度交联合成高吸水性树脂。
(1)聚丙烯酸盐类
a. 目前生产最多的一类合成高吸水性树脂。
b. 这类产品吸水率较高，一般均在千倍以上。 c. 由丙烯酸或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成。
高吸水性树脂
高吸水性树脂高吸水性树脂是一种典型的功能高分子材料，能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分或数十倍的盐水，通常又称为“高吸水性聚合物”、“吸水性高分子材料”、“吸水性高分子树脂”或者“超强吸水剂”等。
高吸水性树脂与普通吸水或吸湿材料，如脱脂棉、海绵、琼脂、硅胶、氯化钙和活性炭等相比，具有吸水速度快、保水能力强等特点，可以广泛应用于农业、林业和日常生活等领域中。
而普通水或吸湿材料一般只能吸收自身质量的几十倍或仅仅十几倍的水分，并且容易在加压时失水，保水能力很差，其开发应用因此受到了很大的限制。
高吸水性树脂发展很快，种类也日益增多，并且原料来源相当丰富，由于高吸水性树脂在分子结构上带有的亲水基团，或在化学结构上具有的低度联度或部分结晶结构又不尽相同，由此在赋予其高吸水性能的同时也各自形成了一些各自的特点，从不同角度出发，就形成了多种多样的分类方法。
按原料来源进行分类。
按照原料来源对高吸水性树脂进行分类，在高吸水性树脂的发展过程中，人们的分类方式也是随着发展水平的提高而不断变化和完善的。
日本的温品谦二曾将高吸水性树脂分为淀粉系列、纤维素系列和合成树脂系列三个系列。
后来，邹新禧结合高吸水性树脂的发展和自己的研究成果，从原料来源的角度提出了六大系列，即淀粉系、纤维素系、合成聚合物系、蛋白质系、其他天然物及其衍生物系和共混物及复合物系。
按亲水化方法进行分类。
高吸水性树脂在分子结构上具有大量的亲水化化学基团，这些化学基团的亲水性很大程度上影响着高吸水性树脂的吸水保水性性能，如何有效获得这些化学基团在高吸水性树脂化学结构上的组织结构，充分发挥各化学基团所在亲水点的效能，也是影响高吸水性树脂性能的重要方面。
因此，为了获得具有良好性能的高吸水性树脂，需要从亲水性化学基团的选择和化学结构的组织构造两个方面进行考虑，即从亲水化方法考虑。
从这个角度，可以将高吸水性树脂分为两大类。
亲水性单体直接聚合法：选择丙烯盐酸、丙烯酰胺等亲水性良好的单体，直接进行均聚合或者进行共聚合反应，获得如聚丙烯盐酸、聚丙烯酰胺或者丙烯酸/丙烯酰胺共聚物等高吸水性树脂。
高吸水性树脂简介介绍
04
高吸水性树脂的发展前景
高吸水性树脂的发展前景
• 高吸水性树脂是一种具有优异吸水性能的高分子材料。它能够吸收并保留大量的水分，形成凝胶状物质。由于其出色的吸 水性能和方便的使用特性，高吸水性树脂在医疗、卫生、农业、工业等领域得到了广泛应用。
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环保领域
用于制造吸水剂、脱水剂、防潮剂等，保 护电子产品、机械设备等免受潮湿环境的 影响。
高吸水性树脂可用于处理污水、废水等， 实现水分的快速吸收和分离，提高水处理 效率。
02
高吸水性树脂的工作原理
吸水机制
化学吸水机制
高吸水性树脂内含有大量亲水基团，如羧酸、磺酸等，这些基团能够与水分子 形成氢键，从而产生吸水作用。
保水性能
该树脂吸水后能够保持水 分不易流出，具有良好的 保水性能。
类型及分类
交联型高吸水性树脂
通过交联剂使树脂形成三维网络结构，从而 提高吸水性能。
合成高吸水性树脂
通过化学合成方法制得的高分子材料，具有 优异的吸水性能和稳定性。
非交联型高吸水性树脂
通过物理或化学方法使树脂具有吸水性能， 不需要交联剂。
高吸水性树脂简介介绍
汇报人： 日期:
目录
• 高吸水性树脂概述 • 高吸水性树脂的工作原理 • 高吸水性树脂的制备方法 • 高吸水性树脂的发展前景
01
高吸水性树脂概述
定义及特性
01
02
03
定义
高吸水性树脂是一种具有 特殊吸水性能的高分子材 料。
吸水性能
高吸水性树脂具有极高的 吸水能力，能够吸收比自 身重量多数十倍甚至数百 倍的水分。
。
吸水饱和阶段
当树脂无法再吸收更多水分时， 达到吸水饱和状态，此时树脂的 重量可增加数十倍甚至数百倍。
高吸水性树脂的特性及其应用
重视，如婴儿襁褓、纸尿布、失禁片、妇女卫生巾，宇航员尿袋、餐巾、手帕、母乳垫
片、卫生棉、止血栓、生理棉、汗毛巾等产品中都可以应用高吸水性树脂。另外，如手
术垫、手术手套、手术衣、手术棉、贴身衬衣、内裤、鞋垫等一些生理用品中也广泛用
到高吸水性树脂。它的高吸水能力和保水能力使得生理卫生方面的产品大大轻便化、小
生物组织十分接近，且凝胶具有溶质透过性，组织适应性和抗血凝固性等，这些特性都
为其作为医用材料在医疗卫生方面的应用奠定了基础。
高吸水性树脂在生物体中的适应性方面，已经有不少学者进行过相关的研究，结果
表明，某些合成和半合成的高吸水性物质，具有一定的生物适应性（本单位制得的高吸
水性树脂没有进行过此方面验证）。
五、高吸水性树脂的应用
目前高吸水性树脂已成功地应用于个人卫生护理产品等诸多领域，如妇女用卫生巾、
婴儿纸尿布、老年失禁纸尿布、纸床单等。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，高吸水性树脂的应用有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土
壤保肥能力、提高作物发芽率等。超强吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估
由于高吸水性树脂是分子中含有亲水基团和疏水基团的交联型高分子电解质，当亲 水基团与水分子形成自由水合状态时，树脂的疏水基团因疏水相互作用而折向内侧，形 成局部疏水性的微粒结构，可使进入网络的水失去活动性。因此，高吸水性树脂的吸水 主要是靠内部的三维网络的作用，吸收大量的自由水储存在网状结构内，也就是说水分 子封闭在网络里,这是网络的物理吸附,只是水分子运动受到限制，而不是牢固的化学吸 附。
目前，我国西部 10 省(区、市)的 16 个荒漠化治理示范区，就已经应用了高吸水性 树脂作为水分保持剂，使得苗木成活率达到 98%。另外北京的 20 公里“申奥大道”绿色 长廊工程也采用了高分子吸水树脂作为水分保持剂。
高吸水性树脂
02
03
性能稳定性差
安全性问题
高吸水性树脂的性能受温度、湿 度等因素影响较大，稳定性较差。
部分高吸水性树脂可能含有有害 物质，对环境和人体健康造成潜 在威胁。
高吸水性树脂的发展趋势和未来研究方向
01
02
03
降低生产成本
其他天然高分子类高吸水性树脂
03
如壳聚糖、蛋白质等天然高分子材料经改性后制备而成的高吸
水性树脂。
按功能分类
通用型高吸水性树脂
适用于一般吸水、保水、保鲜等用途 。
功能型高吸水性树脂
具有特殊功能，如离子交换、导电、 光敏等，可应用于更广泛的领域。
高吸水性树脂的吸水机理和性能指标
吸水机理
高吸水性树脂具有高度交联的三维网络结构，能够吸收相当于其自身数百倍乃 至数千倍的水分，同时通过物理交联作用将水分固定在三维网络中。
高吸水性树脂的发现和应用历史
1970年代初，日本科学家首先发现了高吸水性树脂的存在，并开始进行研 究和开发。
1980年代初，高吸水性树脂开始进入商业化应用阶段，广泛应用于农业、 卫生、医疗、工业等领域。
如今，随着人们对高吸水性树脂的不断深入研究，其应用领域不断扩大， 已经成为现代社会不可或缺的重要材料之一。
高吸水性树脂
目录
• 引言 • 高吸水性树脂的种类和特性 • 高吸水性树脂的生产方法和应用领域 • 高吸水性树脂的发展前景和挑战
01
引言
高吸水性树脂的定义
01
高吸水性树脂是一类能够吸收相 当于其自身重量数百倍甚至上千 倍的水，并保持较高的保有水分 的性能的聚合物材料。
02
高吸水性树脂具有高分子电解质 性质，能够在低湿度环境中吸收 大量的水分，同时具有良好的吸 水性和保水性。
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]
高吸水性树脂的制备和应用
高吸水性树脂的制备和应用高吸水性树脂是一种具有极高吸水性能的新型材料。
它具有非常强的水吸附性和保水性能，可以在单体、乳液或粉末形式等多种形式出现。
高吸水性树脂被广泛应用于各种领域，如医疗、农业、环保等等。
本文将介绍高吸水性树脂的制备及其应用。
一、高吸水性树脂的制备高吸水性树脂的制备方法主要有两种，分别是物理交联法和化学交联法。
其中，化学交联法是最常用的方法。
1. 物理交联法物理交联法是将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液中加入一些交联剂，使得单体间形成物理交联点，从而形成高分子网络结构。
实验中可采用以下方法：（1）冻融法将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液冷冻至低于0℃，然后加热至30~40℃进行融化，反复进行数次，直到交联点足够稳定。
（2）加盐交联法在吸水性单体水溶液或水相悬浊液中加入一些盐类，使得单体形成物理交联点。
2. 化学交联法化学交联法是将含有吸水性单体的水溶液或水相悬浊液中加入一些交联剂，在高温或室温下反应形成交联点。
实验中可采用以下方法：（1）自由基交联法使用引发剂进行自由基聚合反应，产生交联点。
通常使用双丙烯酰胺作为单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺或N,N'-亚甲基双丙烯酰胺偶氮联产物作为引发剂。
（2）离子交联法使用离子反应组成交联点，通常使用一些含有羟基的单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸和2-羟乙基丙烯酸等。
二、高吸水性树脂的应用1. 医疗用途高吸水性树脂被广泛应用于医疗领域，如医用敷料和尿不湿等。
吸收率高、吸收速度快、保持时间长等特点让它成为医疗敷料中重要的原料。
2. 农业用途高吸水性树脂可以被应用于土壤改良和植物生长促进。
在干旱或缺水期，将高吸水性树脂添加到土壤中可以提高土壤的保水性能，促进植物的生长。
3. 环保用途高吸水性树脂可以用于水处理和土壤污染治理。
它可以吸附有害物质、去除水的污染物和土壤中的重金属等。
高吸水性树脂作为一种新型的材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
高吸水性树脂简介
高吸水性树脂简介高吸水性树脂也称超强吸水性聚合物简写为SAP.它是一种含有羧基,羟基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物,不溶于水也不溶于有机溶剂,能够吸收自身重量的几百倍甚至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有良好的保水性和耐候性,一旦吸水膨胀成水凝胶 ,即使加压也难以将水分离出来.同时 ,高吸水性树脂可循环使用.因此 ,越来越受到人们的关注.目前 ,超强吸水树脂已在工业,农业,林业,卫生用品等领域中得到广泛应用 ,并显示出更为广阔的发展前景.1. SAR的结构与吸水机理1.1 SAR的交联网络结构SAR 与传统的吸水材料不同,它可以吸收比自身重几百倍甚至几千倍的水.在处于吸水状态时其保水性好,在压力下水也不会从中溢出.而传统的吸水材料只能吸收自身重量的20倍的水.树脂的高吸水性主要与它的化学结构和聚集态中极性基团的分散状态有关,它具有低交联度亲水性的三维空间网络结构.它是由化学交联和聚合物分子链间的相互缠绕物理交联构成.吸水前,高分子链相互缠绕在一起,彼此交联成网状结构,从而达到整体上的紧固度;吸水后,聚合物可以看成是高分子电解质组成的离子网络和水的构成物.在这种离子网络中存在可移动离子对,它们是由高分子电解质离子组成的.1.2 SAR的吸水机理关于SAR的吸水机理存在不同的说法.其中有两种占主要地位,金益芬等认为SAR吸水有3个原动力:水润湿,毛细管效应和渗透压.高吸水能力主要由这3个方面的因素决定.水润湿是所有物质吸水的必要条件,聚合物对水的亲和力大,必须含有多个亲水基团;毛细管效应的作用则是让水容易迅速地扩散到聚合物中去;渗透压可以使水通过毛细管扩散,渗透到聚合物内部或者渗透压以水连续向稀释聚合物固有的电解质浓度方向发动.刘廷栋等[2]则认为当水与高分子表面接触时主要有 3 种相互作用:一是水分子与高分子电负性强的氧原子形成氢键;二是水分子与疏水基团相互作用;三是水分子与亲水基团的相互作用.上述两种理论虽然表述不相同,但二者的理论都是建立在高吸水聚合物的主体网络结构基础之上的,实质是相同的。
高吸水性树脂简介
高吸水性树脂简介1、定义高吸水性树脂(Superabsorbent Polymer, SAP)是一种具有轻度交联的三维网络状吸水性的材料，含有大量的亲水性基团，能在很短的时间内迅速吸收大量的天然水分从而达到完全饱和状态，而且即便是施加一定的压力依旧能够有效保住水分的不流失。
2、高吸水性树脂的结构特点从化学结构看，SAP聚合网络链段上含有大量强亲水性基团，如羧基、羟基、酰胺基和磺酸基等，可以与水分子发生氢键作用，具备优异的亲和性能，所以，制备的SAP树脂与水接触后能够迅速吸收水分而达到溶胀平衡。
从物理结构看，SAP是一个三维网络结构，具有一定的交联密度，即使与水相遇也不容易发生溶解。
通常制备的SAP多为水溶性线性聚合物，如果没有经过交联处理，在吸收水分后便会形成一种流动性强的聚合液，无法达到保水效果。
进行适度的交联后，SAP在吸收水分溶胀后不会被水溶解。
水分被包裹在树脂网络内部，即便施加一定的压力水分也不会溢出，达到束水目的。
3、高吸水性树脂的性能（1）吸水性能SAP有着超高的吸水性能主要是因为其自身的三维网络结构，其聚合物网络链段上含有-COOH、-OH、-CONH2等多个强亲水性官能团，能够吸收大量的水分并将水分保持在网络内部。
其吸水性能也会因亲水基团类型的不同、网络结构、外部环境的变化而具有差异。
（2）耐盐性能根据SAP的吸水机制，可以大量吸收纯水中的自由水，但是如果水里含有盐离子的话，液体吸收能力会大幅下降，而SAP经常被广泛应用于农业、医疗、环保等领域，其吸收介质为肥料、血液、尿液和土壤等，其大多为混合的盐溶液，所以单纯的追求吸纯水的能力远不能满足其应用的要求，因此关于SAP耐盐性能的研究有重要的意义。
（3）保水性能保水性能是SAP的一个重要功能。
它可以通过交联网络将大量的水或水溶液锁定在网络内，从而保持大量的水。
即使在特定外压下，水分也难从网格中流出，吸水性树脂的网格构造是保水性的关键。
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。
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】。
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• 结合水以很强的配位键或氢键与聚合物离子相结合，测不出熔点，所以又 称不冻水；而非正常水的熔点低于正常水；自由水的熔点与普通水相同。
图2
高吸水树脂亲水基团周围水的构造模型 A 结合水；B 非正常水；C 自由水
改善高吸水性树脂耐盐（电解质）性能的途径
• 引入非离子单体：最初的研究工作着重于将丙烯酰胺、( 甲基) 丙烯酸羟 乙酯等非离子单体引入聚丙烯酸盐分子链中，利用非离子单体对电解质相 对不敏感的特点和不同亲水性基团之间的协同作用来改善高吸水性树脂的 耐盐性能。 • 提高亲水性：提高树脂的亲水性可改善吸水能力和耐电解质性能。将丙 烯酸聚氧乙烯酯或烯丙基聚氧乙烯醚引入常规丙烯酸酯中，而且其分子链 上的长支链可起到物理缔合的作用，进一步提高耐电解质性能。 • 丙烯酸聚氧乙烯酯的结构如下所示：
淀粉接枝类高吸水性树脂
• 淀粉与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性烯类单体的接枝共聚物是目 前SAP 市场中的品种之一。
• 淀粉接枝类SAP 的最早品种是淀粉接技丙烯腈，引发剂为铈盐，采用自
由基接枝共聚机理制备。淀粉与丙烯腈接枝共聚后，通过皂化将憎水性 的—CN 转化为亲水性的—COOH 和—CONH2，使产物具有高吸水性。 接枝产物吸水倍数可达千倍以上，但工艺复杂、耐霉解性差。
• 1983年，日本将高吸水性树脂应用于婴儿纸尿布，从此推起了高吸水性
树脂生产和研究的大高潮，世界各公司纷纷扩大生产，增加研究和开发力 度。 • 高吸水性树脂应用广泛，主要应用于卫生用品、农业等方面，如土壤改 良、农林园艺中育苗保苗等，使灌溉节水，并能提高农作物产量。
高吸水性树脂按原料来源分类
淀粉系 淀粉接枝丙稀腈，淀粉接枝丙烯酸盐，淀粉接枝丙烯酰胺，淀粉羧 甲基化反应，淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐接枝共聚合
• 非离子型的高吸水性树脂，吸水速度比较快， 耐盐性也较好，但 吸水能力较低。这是非离子型高吸水性树脂存在的问题。
• 以天然高分子为主要原料，加强可生物降解的SAP 的研究和开发， 提高其吸水性能，使之适合工业化生产的要求，将是今后的一个 研究方向。 • 我国高吸水性树脂生产工业化程度低，我国高吸水性树脂的生产 能力估计在2000tˆ年，目前只有一个1000tˆ年的生产线，其余均处 于实验ห้องสมุดไป่ตู้中试状态。
• 1966 年，美国农业部北方研究所Fanta 等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究， 从此开始了吸水性聚合物的研究。他在论文中提出了“淀粉衍生物的吸水 性树脂具有优越的吸水能力， 吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，这 些都超过了以往的高分子材料”的研究成果。
• 淀粉衍生物树脂最初在Henkel Corporation 工业化获得成功，其商品 名为SGP (Starch Graft Polymer)，从此开始了高吸水性树脂的发展。 •美国Grain-Processing， Gerneral Mills Chemical，Hercules，Nat ional starch、日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司纷纷开展 了研究和开发高吸水性树脂的工作。
SAP 的吸水形态 • 一般认为，SAP 吸水后的形态随吸水剂种类不同而不同。 使用光学显微镜和电子显微镜观察到淀粉接枝丙烯酸聚合物、聚 乙烯醇-丙烯酸盐嵌段共聚物呈海岛型结构。
Tab. 1
The morphology of some superabsorbent polymers.
• 高吸水性树脂内所吸附的水也可分成三类：结合水、非正常水、自由水。
相转变理论
• SAP 的另一重要理论基础是田中教授的相转变理论 。 凝胶的相转变现象：将凝胶浸在溶剂中时，若溶剂的组成和温度缓慢改变 时，凝胶的体积也缓慢变化，但这种变化是不连续的，这种现象称为凝胶 的相转变现象。 • 相转变现象是在任何凝胶中都能发现的普遍现象，SAP 作为凝胶中的一 种，也存在相转变现象。 • 该理论认为：凝胶在外界条件的变化下，其体积的改变由它的渗透压所 决定。当凝胶处于平衡状态时，其渗透压等于零。结论：高分子越硬，且 每条高分子的抗衡离子数越多，凝胶相转变的体积变化率就越大，相转变 温度就越低。 • 凝胶的相转变理论是SAP 吸水理论的基础之一，它开辟了SAP 在开关、 机器人调节器、记忆元件等方面应用的道路，对SAP 的开发和应用具有重 要的意义。
• 以海藻酸、蛋白质、聚氨基酸、壳聚糖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，但在吸水性能 方面与淀粉接枝系列、纤维素接枝系列以及合成系列相比差距较大， 且工艺复杂、价格相对较高,使其大规模的开发、应用受到了限制。 除了羧甲基纤维素交联物外，其它品种均处于实验室阶段。 完全可生物降解吸水树脂制造实例
纤维素系
纤维素羧甲基化，纤维素接枝丙烯腈，纤维素接枝丙烯酸盐，纤维 素黄原酸化接枝丙烯酸盐 合成树脂系 聚丙烯酸类：聚丙烯酸(盐)，聚丙烯酰胺，丙烯酸与丙烯酰胺共聚 聚乙烯醇类：聚乙烯醇-酸酐交联共聚，聚乙烯醇-丙烯酸接枝共聚， 醋酸乙烯-丙烯酸脂共聚水解
SAP的溶胀（吸水）热力学理论
弹性凝胶理论
影响吸水性能的因素
• SAP 的吸水性能包括最大吸水率、吸水速率和凝胶强度等。高的吸水率 和凝胶强度、快的吸水速率往往是人们追求的主要指标，也是SAP 实际运 用时考虑的主要参数。 影响吸水率的因素
• 树脂本身的结构以及外界溶液的性质是影响SAP 吸水率的主要 因素。亲水基团的亲水性越强，树脂与水的亲和力也就越大，吸水率越高。 亲水基团的亲水能力大小次序为： —SO3H > —COOH > —CONH2 > — OH。 • 树脂上的电荷密度越大，吸水率越高。 响淀粉接枝共聚物吸水率：当分子链上的电荷密度达到35%时吸水率达到 最大值，大于35%后随着电荷密度的增大吸水率反而下降。这是由于当树 脂上电荷密度太高时，高分子链充分伸展，使得相邻电荷之间的距离过远， 影响了电荷之间协同效应的充分发挥，从而使吸水率下降。
1953 年，Flory从热力学的角度出发，运用弹性凝胶理论 推出了SAP 溶胀能力的数学表达式:
• 式中Q 为吸水率，S 为外部溶剂的离子强度，X1 为Flory-Huggins 的相 互作用参数， V1 为高分子的比容积，(1/2 -X1 )/V1 表示对水的亲和力， Ve 为交联单体单元的体积，V0 为单体单元的总体积，Ve/V0表示交联密 度，Vu 为单体单元的摩尔体积， i 为电荷密度，i/Vu 表示固定在树脂上的 电荷密度。式中的第一项表示渗透压，第二项表示与水的亲和力。 • 公式定量地指出了SAP 的吸水倍数和交联度、对水的亲和力、外界离子 强度、固定在树脂上的电荷密度之间的关系。 • 结论： 对于离子性树脂， i/Vu 为一个较大值，所以吸水率Q 较大；对于 非离子型的SAP 来讲，由于没有第一项，吸水能力较离子型的差。
• 高吸水性树脂的两个显著特点：高吸水性和高保水性。
• 高吸水性树脂作为一种功能高分子材料，诞生于本世纪60年代，被誉为 20 世纪90 年代新技术之一。1994 年全球高吸水性树脂的生产总能力超过 50 万t，其中美国23.4 万t，日本11.6万t，欧洲10.4 万t，产品以聚丙烯酸 钠树脂占绝对主导地位。吸水树脂的需求量仍以每年8%的速度递增，明 显高于其他功能高分子材料。据统计，个人卫生护理用品每年大约用95% 的吸水树脂。
高吸水性树脂 Superabsorbent Polymers
高吸水性树脂概况
• 高吸水性树脂是一类具有强亲水性和特殊吸湿能力的高聚物的总称。 • 从结构上看，高吸水性树脂是含有大量的亲水性基团(如羧基、羟基、羧 酸盐基、酰胺基等) 的低交联度的三维空间网络，一方面具有高分子电解 质的分子扩张性能，同时由于其微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步 扩张，所以可以吸收和保持自身重量几百甚至几千倍的水，而且在加压和 加热下也不容易脱水。
影响SAP吸水速率的因素 • SAP 吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散，另一方面组成吸水剂的高 分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向SAP 内部的扩 散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。 • 吸水速率的因素主要有：吸水剂的种类、表面积大小以及表面结构。
• 离子型高吸水树脂的吸水速度较慢，达到最大吸水量需数小时甚至几十小 时。非离子型高吸水树脂的吸水速度非常快，达到饱和吸水量只需20min ~1h。
R= H、CH3 ; n ≥2 ;R2 = 烷基、芳烷基、烷芳基
• 烯丙基聚氧乙烯醚的结构如下所示:
式中R = H、CH3 ; n = 1～100 ;R2 = 12～18 个碳原子的烷基、芳 基、烷芳基或环烷基。 • 引入长链疏水性单体：在亲水单体聚合的主链上引入少量(1～5mol %) 疏水性基团可获得耐温性、耐盐性更好的增稠剂。原因在于这类聚 合物分子间的疏水缔合作用使大分子链交联形成具有一定强度的空间 网架结构，使其具有很大的流体力学体积，而这种疏水缔合作用形成 的可逆空间网架结构耐无机盐、温度破坏的能力较强。
• SAP 是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酰胺基、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，而阳离子作为可移动离子在树脂内部以维持电中性。 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 力使得树脂溶胀；同时，树脂内部的阳离子浓度增大，网络内外的渗透 压随之增大，使水进一步进入。随着吸水量的增大，树脂内部的阳离子 浓度降低，树脂内外的渗透压渐渐趋近于零。 • 树脂的网络扩张产生的弹性收缩力也增加，最终与阴离子的静电斥力 相等达到吸水平衡，其中渗透压差是吸水的关键。
接枝共聚法制备实例
合成树脂系高吸水性树脂
• 合成树脂系高吸水性树脂目前的种类很多。主要有丙烯酸(盐) 类、丙烯 腈类、聚乙烯醇类等。其中以聚丙烯酸(盐) 类最重要。 • 以甘油为交联剂，聚丙烯酸钠盐进行交联反应为例，其产物的交联结构 如下：