高吸水性树脂最新版PPT

2．高吸油树脂吸油性能的测定
吸油性能的具体测定方法：
●吸油率(g／g) ●吸油速率 ●保油率(％) ●水面浮油回收性能
3．吸油机理及影响树脂吸油率的因素
吸油树脂通常都是由亲油单体构成的， 具有适当交联度的三维网状结构的聚合物， 因而树脂内部均有一定的微孔。当树脂与油 品接触时，开始油分子向微孔中扩散，当 进入一定量的油分子后，高分子链段发生溶 剂化(van der Waals力)，当油分子进入足 够多时，则高分子链段伸展并发生溶胀。
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。
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高亲水性树脂
三、吸水原理
网络内外产生渗透压，水分进一步渗入
吸水剂微球吸水过程 的体积变化示意图
（外）
H2O 交联点 （内）
( 3) 加大环保力度, 开展/ 绿色 可降解研究进度;
( 4) 拓宽应用领域, 加大复合型材料开发力度。
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三、高吸油性凝胶的制备和性能
吸油材料是一种用于处理废油的功能性材料。 它主要用于原油泄漏、工厂机器渗漏油和食品废 油的处理等。 通常的吸油材料有黏土、木棉纤维和纸浆纤维 等。其吸油原理主要是利用材料自身的孔隙借毛细 作用来吸油的。 它们价格低，使用安全，但吸附量不大，且受压 宜渗漏，因此，目前有研究和实用价值高材料主要 是各类合成树脂，特别是以丙烯酸酯类为单体合 成的树脂是当前研究的热点之一。
例如：M 为丙烯酸或丙烯腈
高亲水性树脂
• 第二阶段为链增长阶段 由于自由基的转移使支链端部一直保留自由基， 因此链式反应得以继续下去。
这样就形成了n 个单体聚合成的侧链。
高亲水性树脂
• 第三阶段为链链的终止 随着反应不断进行，支链数目及其长度不断增加。 单体浓度不断降低，自由基相互碰头的机会也越来 越多，增长的活性链头端有单独电子，当两个自由 基相遇时，单独电子消失而使链终止。
它们性能良好，不仅可以吸收多种油，也 有良好的保油性，且在油水体系中对油品有 选择性吸附，它们还可用于油烟过滤器，若 将其载于合成纤维，还可制成吸油纤维，用 来纺织成吸油布等。
1．高吸油性树脂的合成
朱秀林等用悬浮聚合法，即在有水和分散 剂等存在的情况下，研究了亲油性单体如 甲基丙烯酸十二酯和交联剂（如乙二醇 二丙烯酸酯）、引发剂(如过氧化苯甲酰)等
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关于凝胶的吸水机理和水凝胶中水的性质和状怂， 王果庭等曾进行过探讨。他们认为凝胶 的吸水可能以微孔吸附为主，另外还有渗透压、 氢键等作用。水凝胶中的水按作用力的强弱可分 为4种状态：(1)靠氢键与吸水剂相互作用的水； (2)亲水基团周围的极化水层；(3)网络微孔中的 水；(4)颗粒间隙和大孔中的水。在这4种状态的 水中，(1)、(2) 占很小一部分，含量在5g／g聚 合物以下．但与聚合物的作用力很强。第(3)部 分水，含量可达百分之几十，但其运动受到限制。 第(4)部分水，含量也很大．它虽存在于凝胶中， 但能自由运动，和本体水的性质没有差别。
第七节 几种重要的凝胶
这里介绍几种重要凝胶的基本情况， 它们不仅在胶体化学中具有许多典型性质、 在工业或科研中也具有实际意义。
一、高吸水性树脂材料
高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料, 不仅应含有 相当多的亲水基因，而且本身还要不溶于水。近20多年来， 人们研究了亲水性天然多羟基骨架高分子和亲水性合成高 分子的接枝共聚体(例如淀粉—丙烯脂接枝共聚水解物、 淀粉—丙烯酸接枝共聚物)，发现它们具有很高的吸水能 力，这些聚合物的吸水量可达到自身质量的500—1000倍， 最高的达5300倍。因此它们可以认为是一种新型超高吸 水性材料，可作为液体吸收剂、土壤保水剂、化妆品增稠 剂等。这里介绍H—SPAN水凝胶的合成原理、制备实例 和特性。
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沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
高吸水性树脂
聚丙烯酸盐类 聚丙烯腈 水解物
合成系高亲水性 树脂制备 类别
醋酸乙烯酯 共聚物 改性聚 乙烯醇类
合成系高吸水性树脂
（1）聚丙烯酸盐类
目前生产最多的一类合成高吸水性树脂， 由丙烯酸或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成。 制备方法有溶液聚合后干燥粉碎和悬浮聚合两种。 吸水倍率较高，一般均在千倍以上。
被吸油品的性质，对树脂的吸油率都有重要影 响，实验证明，任何一种高吸油树脂，对油的 吸收均随油晶极性加而降低，此结论与聚合物 和溶剂间的“相似相容”原则完全吻合。 值得注意的是，被吸油品的分子大小和黏度等 性质。 目前，这一领域的研究已掌了许多有价值 的规律，并有一定的理论基础，但从实际使 用角度，这类单体的成本较高，不利于大规 模生产。蒋必彪¨近年以廉价的聚氯乙烯 等为原料，合成了聚氯乙烯接枝聚苯乙烯 (PVC—z—PS)新型吸油树脂。效果良好。
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 别 与 联 系
纤维素系
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
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
缺 点
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。
优 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。
溶胀过程中交联点之间分子链的伸展又会 降低其构象熵值，ΔG=ΔH-TΔS, ΔG增加， 这必然引起分子网的弹性收缩力，力图使 分子网收缩，最后这两种相反的倾向达到 平衡，并表现出一定的吸油率。 上述吸油机理，也意味对一定的聚合物而 言，在一定条件下交联剂用量要恰当，若 交联剂用量过高，则交联密度过大，从而会抑 制三维分子网络的伸展，加强了网络的弹性收 缩力而使树脂的吸油率下降。
易受细菌的分解失去吸水、保水能力的缺点。
高吸水性树脂
CH2OH
O O
CH2OH
O
活化 17.5%NaOH n-2
mCH2
CHCN K+盐引发剂
O
OH O
CH CH2 CN m n-2
OH
O
OH
OH
高吸水性树脂
CH2OH
O
水解
NaOH
O
OH
O
CH2 n-2 OH
CH
y
CH2
Baidu Nhomakorabea
CH COONa
中和
x
湿料
高吸水性树脂
• 由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水, 且吸水膨胀后 生成的凝胶具有优良的保水性。因而在生理卫生用品、土 木建筑、食品、农业、医药等方面具有广阔的应用前景。 • 淀粉系高吸水性材料，主要是指以淀粉为骨架，通过与其 他单体接枝共聚形成的一类高分子材料。目前纤维素系高 吸水性材料发展迅速，产品种类和应用领域不断扩大，已 成为高吸水性材料的主要产品之一。
合成系高吸水性树脂
（2）聚丙烯腈水解物
将聚丙烯腈用碱性化合物水解，再经交联剂交联，即得高吸
水性树脂。如将废晴纶丝水解后用氢氧化钠交联的产物即为 此类。
由于氰基的水解不易彻底，产品中亲水基团含量较低，故吸
水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。
合成系高吸水性树脂
（3）醋酸乙烯酯共聚物
将醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯进行共聚，然后将产物用碱水
菌性好.但可降解
共 同 点 均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类 性差.适用于工业 生产
似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树脂
的制备
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存在问题与发展方向： 本项目不足之处与可发展方向
目前, 国内吸水性材料仍面临种类少, 成本高的问 题, 使得其应用范围受到限制。 结合该材料的特点和我国的具体状况,高吸水性材 料应该着重向以下几个方面发展。 ( 1) 拓宽合成渠道, 简化生产工艺, 降低生产成本; ( 2) 深入理论研究, 探索作用机理;
等在一定的条件下制备。 另外，还有路建美、蒋必彪等的课题组对 此也开展了一系列研究，他们的合成方法与上 述作者的大同小异，只要考察了以甲基丙烯 酸酯类为主的单体结构不同，即酯的侧键长度 不同对树脂吸油性能的影响。同时还先后合成 了聚氯乙烯或氯化石蜡接枝聚苯乙烯新型廉价 吸油树脂。
•
康菲公司漏油事件
应当指出，所谓高吸油性树脂(凝胶)，
其吸油能力主要起源于油品分子与高聚物亲油 基团之间的弱相互作用力(vanderWaals 力)，因此，其吸油率远远低于前述的高吸水性 凝胶的吸水能力。另外，高吸水性凝胶已广泛 应用于工农业和日常生活用品，但高吸油性树 脂的合成和应用，大多处于实验阶段，看来要 大规模应用于工业生产，特别是实际应用于海 上油品泄漏的清除，尚需时日。
超强吸水高分子材料
SAP的用途广泛:
用途
女性卫生用品
医用吸水胶布
超强吸水高分子材料
用途
植物养护泥
各式吸潮剂
高亲水性树脂
阶段1 阶段2
三、吸水原理
阶段3
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, . 亲水基团离解, 离 子之间的静电排斥 力使 树脂的网络扩张。
解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的共聚物，不加交联剂即可成 为不溶于水的高吸水性树酯。
在吸水后有较高的机械强度，适用范围较广。
合成系高亲水性树脂 （4）改性聚乙烯醇类
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。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。
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
原料
糊化
通氮净化
产品
粉碎
调PH 干燥
离心中和
高吸水性树脂
纤维素系超高吸水高分子 纤维素结构
O
O O
O O
O O
纤维素改性高吸水性树脂的两种形式
一种是纤维素与一氯醋酸反应引入羧甲基后用交联剂交
联而成的产物；
另一种是由纤维素与亲水性单体接枝共聚产物。 纤维素改性高吸水性树脂的吸水倍率较低，同时亦存在
事实上，还有多种吸油材料，例如，林建等 用废塑料加工制成的吸油材料，其吸油可达自 身重量的10或30倍，用压轧法可回收所吸附的 溢油。在美国使用一种重约200g的羽毛枕头， 能在15min内吸附重3．5kg的溢油，并可反复使 用。德国采用特种橡胶材料制成敛油毯，重 60kg，用船在海面上拖行时，浮油将被黏附在 下面，通过毯上的小孔被吸进橡皮管，再吸人 贮油罐，每小时可回收溢油50t。 还会有化学法等。见书中说明。
四、凝胶色谱用凝胶
凝胶色谱在生物化学中常称凝胶过滤，在高 分子化学领域中多称为凝胶渗透色谱。 （简称GPC)。进行凝胶色谱实验十分重要的一环 就是选择和搭配具有不同孔径和色谱性能良好的 凝胶。
高吸水性树脂
四、制备
分类
淀粉系
SAP
合成高分子系
纤维素系
高亲水性树脂
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 淀粉结构 支链淀粉 直链淀粉
H OH H O HO H H OH O HO H OH H O HO H H OH O H O H O H OH
O OH
高亲水性树脂
通过化学或高能射线辐照方法活化淀粉大分 子，使所希望的低聚物成为一个“支链状”接 到淀粉大分子上。接枝变性淀粉的结构与原淀 粉有较大差异，不仅具有淀粉的主链结构，还 具有一定聚合度接枝支链结构，此为第三代变 性淀粉. 淀粉的接枝共聚是通过自由基反应来实现的。
反之，若交联剂用量太少，将使树脂的三 维网络不完全，即不能很好地形成三维 网状结构，树脂在油中的可溶部分增加， 也使其吸油率下降。 关于影响树脂吸油率的因素，除交联剂用量外， 交联剂的品种即交联剂的结构也有重要影响。
对一定的油品来说，也应具有正好恰当的网 状空间才好，或者说树脂的网络空间和被吸 油品分子的尺寸大小相匹海时吸油率最高。
常用引发剂：硫酸亚铁胺、过硫酸铵、双氧 水、硝酸铈盐等
高亲水性树脂
合成系---淀粉接枝聚合反应常为3个阶段
• 第一阶段
链的引发
第一步先在淀粉链上形成自由基 第二步由自由基引发单体
以硝酸铈铵引发剂为例（第一步)
高亲水性树脂
• （第二步）若用M表示人工高分子单体，在与具有自由基 的淀粉相遇时，产生接枝反应：
高亲水性树脂
1
家居装修、装饰： 通过合理使用高吸 水性材料, 达到有效 调节室内环境, 降低 能耗的目的。
应用
2
环境保护方面： 尤其是在气溶胶沉 降方面, 将高分子 吸水材料应用在矿 山企业路面抑制较 大颗粒尘埃以及空 气净化。
3
劳保防护用品： 高吸水性材料在添 加颜料后, 可用于 制作军服、消防服、 防化服、手套等用 品，可获得很好的 收汗效果。