高吸水性树脂的吸水机理
高吸水性树脂调研报告解析
目录摘要 (2)关键词 (2)一、高吸水性树脂概述 (2)1、高吸水性树脂基本概念 (2)2、高吸水性树脂特性 (3)二、高吸水性树脂的研究进展 (3)1、国际研究进展 (3)2、国内研究进展 (4)三、高吸水性树脂的吸水机理 (5)1、吸水机理基本概况 (5)2、影响树脂吸水性的因素 (5)四、高吸水性树脂的制备 (6)1、本体聚合法 (7)2、反相乳液聚合法 (7)3、水溶液聚合法 (7)4、反相悬浮聚合法 (7)5、互穿聚合物网络聚合法 (8)五、高吸水性树脂的应用 (8)1、在农业与园艺方面的应用 (8)2、在医用、卫生方面的应用 (8)3、在工业方面的应用 (9)4、在建筑方面的应用 (9)六、高吸水性树脂的发展趋势 (9)1、高性能化 (9)2、复合材料化 (10)3、功能化 (10)4、可降解性 (10)附（Personal Views） (11)摘要高吸水性树脂又称高分子吸水材料（SAP），是一种含有羧基、羟基等强亲水基团，并具有一定交联网络结构的高分子聚合物，是一类新型的功能高分子材料，具有吸水量大和保水性强两大特点。
高吸水性树脂以其优越的性能，广泛应用于农林业生产、医疗卫生、建筑材料、交通运输等诸多领域，并发挥巨大作用。
随社会需求增加以及社会工业发展方向，其研究的趋势也随之向低成本、高产量、高吸水率、多功能化和环保化发展。
关键词吸水树脂研究进展吸水机理制备方法发展趋势实际应用一、高吸水性树脂概述1、高吸水性树脂基本概念高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），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。
2、高吸水性树脂特性（1）高吸水性能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。
（2）高吸水速率每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。
简述高吸水性树脂的吸水和保水机理
简述高吸水性树脂的吸水和保水机理高吸水性树脂具有较强的吸附性能，对油和水的亲合力很大，因此常用作脱水剂，还用于制造纸张等。
下面就由小编为大家介绍关于高吸水性树脂的吸水和保水机理，希望大家喜欢！一、吸水性树脂在吸附和解吸过程中，分子的运动情况不同。
1。
表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。
这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。
表面活性剂的亲水基与水分子相互作用的结果，使表面活性剂表现出两个重要的特征：(1)一般来说，与水分子形成氢键缔合的物质在水中有更高的溶解度，并且容易迁移到有利的水环境中。
(2)在吸水过程中，这些水化产物之间的静电斥力比水分子与水化产物之间的作用力小。
因此，表面活性剂能够通过静电引力的作用从水中吸收水分子。
2。
高分子聚合物——电荷转移（共价键）吸水性树脂基本上是多糖，带正电荷，在溶液中能自由移动。
当溶液中加入高分子聚合物时，带负电的高分子链会与溶液中的阳离子基团进行吸附、电子交换或缔合，因而使溶液中的阴离子和水分子获得相应的吸附或解吸。
如果吸水过程完全是电子转移过程，则此时的吸水速率取决于聚合物吸附水分子的数目。
不溶性高吸水性树脂吸水是靠吸收外界水分子而达到其饱和浓度的。
吸水速率不受温度变化的影响，但随着溶液浓度增大，吸水速率增大。
因此，这类高吸水性树脂主要用作高级洗涤剂。
高吸水性树脂在吸收水分子后，溶液浓度虽然会降低，但其保水性能优良，可以防止水分损失，减少溶液的蒸发损失。
所以该类高吸水性树脂适宜用作化妆品的乳剂和牙膏。
由于不溶性高吸水性树脂吸水后存在剩余树脂，所以将不溶性高吸水性树脂配成固含量较高的乳液，用作涂料时，涂层的透明性和耐水性都比较好。
二、保水性树脂在吸水和解吸过程中，分子的运动情况不同。
1、表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。
这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。
高吸水性树脂的特性及其应用
高吸水性树脂的特性及其应用一、前言高吸水性树脂,英文名称为 Super Absorbent Resin，简写为 SAR，或者称为高吸水性聚合物,英文名称为 Super Absorbent Pol 高吸水性树脂的特性及其应用 ymer，简写为SAP。
高吸水性树脂是一种能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分的一种功能高分子材料。
高吸水性树脂与普通吸水或吸湿材料(如硅胶、活性炭、海绵等)相比，具有吸水量大、吸水速度快、保水能力强等优点。
而普通吸水材料一般只能吸收自身重量的十到几十倍的水分，且在受压时容易失去水分，保水能力相对较差。
由于高吸水性树脂的吸水能力和保水能力都较强，所以它在许多领域都应该可以得到十分好的应用。
诸如：农林、园林、水产养殖、医疗卫生、建筑材料、化妆品等等方面。
特别是近年来，全国各地都不同程度的出现水资源紧缺的问题。
人、地、工业争水的情况日益严重，由于水土流失，土质砂化的现象愈来愈严重，土壤保墒、湿地保护和沙漠治理已经成为一个社会学问题。
二、高吸水性树脂的特点1、吸水量高常用的吸水材料如棉花、海棉、纸等其吸水能力为自身重量的20倍左右的材料，而高吸水性树脂,可吸收自身重量的数百倍至数千倍的水。
2、保水性好普通吸水材料吸水后，受到压力，容易放出水，但高吸水性树脂受压时,水不容易从树脂中放出来，也就是说，高吸水性树脂在外加压力的情况下仍然具有良好的保水性。
3、对光和热的稳定性高不同的吸水性树脂在吸水状态时,有不同的热稳定性，高吸水性树脂在70℃加热1h, 水分损失较小，如把高吸水性树脂贮存在密闭容器中，可贮存3～4年，其吸水能力不变。
4、吸氨性强树脂中含有羧基的聚合阴离子物，适当调节PH值，使部分羧酸基呈酸性，可吸收氨，有明显的防臭作用。
5、增稠性高吸水性树脂吸水后呈水凝胶状，比普通水溶性高分子具有更高的粘度，用在化妆 品上有明显的增稠效果。
6、能和其他高分子材料共混高吸水性树脂与其他高分子树脂进行共混后其性能良好。
高吸水性树脂的制备与应用研究
高吸水性树脂的制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，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,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。
1 高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。
1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。
2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。
3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。
1.2 按亲水基团的种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。
1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。
2 高吸水性树脂的发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。
50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。
高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物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，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。
高吸水性树脂的吸水原理探析
254作者简介：程华（1982— ），女，汉族，江苏徐州人。
主要研究方向：化工分析。
高吸水性树脂是一种含有羧基、羰基等强亲水性基团且具有一定交联度的吸水溶胀型高分子聚合物，又称高吸水性聚合物，简称SAP。
高吸水性树脂作为聚合物，是由三维空间网络构成，高吸水性树脂既可以实现化学吸水，又可以实现物理吸水，所以，高吸水性树脂可以吸收高出于其自身重量上百倍甚至上千倍的水分。
一、高吸水性树脂吸水原理分析（一）高吸水性树脂的吸水结构高吸水性树脂的三维网络结构几乎不会被水溶解，反而可以大量的吸收外部水分，形成高含水凝胶。
高吸水性树脂应用中所表现出来的优良性能无非是其良好的吸水性以及高超的保水性。
究其原因，主要是因为分子当中具有网络结构和较强性吸水基团，换言之，拥有良好的交联度。
通过实验结果显示，吸水性基团含量越多，性能越高，那么其吸水性便表现的越显著，保水性能更佳[1]。
适当控制交联度，当交联度过低，则保水性降低，当交联度过高，则吸水空间减少，吸水率降低。
（二）高吸水性树脂的吸水原理高吸水性树脂所表现出来的吸水性能，归根结底是高分子电解质离子相互之间的排斥，亦或者是水分子与高亲水基团形成的氢键将分子吸引，形成扩张膨胀，阻碍交联作用的网络结构分子扩张所致。
高吸水性树脂吸水的过程，是一个十分复杂的过程，在吸水之前，高分子网络呈现出固态状态，并未对离子对进行电离分解。
当高吸水性树脂遇到水分的时候，水分子与亲水基产生水合作用，扩展了高分子网束，网内与网外的离子浓度出现差异，造成网络结构内外环境出现渗透压，通过渗透压作用，使得分子渗透到网络结构内部。
通过对高吸水性树脂的吸水原理作出分析可以得知，受到渗透压影响，水分子将会逐步渗透到树脂内部，树脂将会将大量的水分吸收。
伴随着吸水量增加，网络结构便不断扩张，随之而来的便是高吸水性树脂分子链弹性收缩力提升，将阴离子键的静电斥力抵消，实现高吸水性树脂吸水平衡。
高分子网络结构当中含有大量水合离子，这也是提升高吸水性树脂吸水速度和吸水倍率的关键因素。
高吸水树脂的吸水原理
高吸水树脂的吸水原理
高吸水树脂是一种具有高吸水性能的高分子材料，其吸水原理主要基于其特殊的分子结构和化学性质。
首先，高吸水树脂的分子链通常具有高度的交联结构，使得分子间的空隙较小，不易产生结晶。
这种结构使得树脂具有较好的弹性和可塑性，同时也有利于提高树脂的吸水性能。
其次，高吸水树脂分子中通常含有大量的亲水基团，如羧基、羟基、氨基等。
这些基团可以与水分子形成氢键，从而产生强烈的吸水作用。
当树脂与水接触时，水分子的极性基团与树脂的亲水基团相互作用，使得水分子被吸附在树脂的分子链上，形成一种类似凝胶的结构。
此外，高吸水树脂的吸水性能还与其内部的交联程度有关。
适当的交联程度可以使树脂在吸水膨胀时保持一定的弹性，从而更好地承受外部压力。
同时，适当的交联程度也可以控制树脂的吸水速率和吸水量，以满足不同应用场景的需求。
总的来说，高吸水树脂的吸水原理是基于其特殊的分子结构和化学性质，通过与水分子形成氢键等相互作用力，将水分子吸附在树脂的分子链上，形成类似凝胶的结构。
这种吸水作用使得高吸水树脂在多个领域都有着广泛的应用，如农业、医疗、环保等。
在农业领域，高吸水树脂可以用于土壤改良、节水灌溉等方面，以提高农作物的生长效率和抗旱能力。
在医疗领域，高吸水树脂可以用于制造吸收性卫生用品、药物控释载体等方面，以提高产品的舒适度和治疗效果。
在环保领域，高吸水树脂可以用于污水处理、水质净化等方面，以提高水质处理的效率和效果。
因此，对高吸水树脂的吸水原理进行深入研究，有助于更好地开发和应用这种具有重要应用价值的高分子材料。
高吸水性树脂的发展与应用
高吸水性树脂的发展与应用摘要高吸水性树脂是一种带有强亲水性基团的具有空间网状立体结构的功能高分子材料，具有优异的保湿性能。
高吸水性树脂是由强亲水性基团（如羧基、羟基、磺酸基、酞胺基等）三维网状结构的分子链上组成。
在未来几年高吸水性树脂市场占有率规模将以年均增长5%的速度年加快发展，然而而发展中国家的发展速度将远远的高于世界平均水平。
关键词高吸水性；树脂；吸水机理1神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂高吸水性树脂（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的/水溶胀型的、含有一定的交联度的高分子聚合物。
高吸水性树脂既不溶于水，也不溶于有机溶剂，但是具有奇特的吸水能力和保水能力，同时又具备功能型高分子的特点。
它能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分，或吸收并保持数十倍的盐水，即使加压的状态下也很难把水分离出来。
这是因为它的分子结构上带有大量的强亲水性的基团，而这些化学基团又可形成各种相应的吸收和保持水分的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。
2高吸水性树脂吸水机理的研究与发展高吸水性树脂吸水，首先是离子型的亲水性基团在水分子的作用下开始解离，与此同时阴离子仍然固定在高分子链上，已经解离的可移动的阳离子在树脂内部维持电中性。
由于高分子骨架的网状结构具有高弹性，因而可容纳大量的水分子，当高分子网状结构交联密度较大时，高吸水性树脂分子链的延展性受到制约，导致吸水率下降。
随着离解过程的逐步进行，高分子骨架上的阴离子数量逐渐增多，同种离子之间的静电排斥力使树脂溶胀。
与此同时树脂内部的阳离子浓度逐渐增大，在聚合物骨架结构内外溶液之间形成离子浓度差，离子浓度渗透压的产生，使水分子能够进一步进入聚合物内部。
当离子浓度差提供的动力不能小于聚合物交联结构及分子链间的相互作用的阻力时，高吸水性树脂吸水度达到了饱和状态。
关于高吸水性树脂的吸水理论中最具权威代表性的是Flory的热力学理论和Omidian等的关于吸水动力学理论。
淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸水机理与应用
淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸水机理与应用高吸水树脂简称SAP,又叫超强吸水剂，在农业上被称为保水剂。
吸液率可高达自身重量的数十倍、百倍乃至数千倍，与传统的吸水材料不同，它具有很多的特殊能力：(1)吸收水的速度非常快，吸水的质量也可以在数十秒内达自身重量的几百倍；(2)吸水后能形成强度较好的凝胶；(3)吸水量大；(4)吸收后的水分很难失去，吸水后便具有足够的保水性；(5)具有成本低，效益高，使用简的优良性质。
？但高吸水性树脂也存在一些弱点，其中最突出的是树脂耐盐性比较差，尤其是离子型的树脂。
而实际应用中，几乎都在离子溶液中，因此提高吸水性树脂的耐盐能力具有重要实际意义。
高吸水性树脂可分为离子型与非离子型两种。
离子型吸水能力强，抗盐性较差；非离子型抗盐性好，吸水能力較差。
为进一步发展高吸水性树脂多方面的能力，在其研究的内容上又有所增加：1、选择淀粉接枝丙烯酸、2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的研究;用淀粉替代部分有机单体，以降低原料的费用；加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以增强产品的耐盐性能。
2、单体浓度、聚合工艺的研究；主要包括淀粉与单体接枝共聚反应规律的研究，如单体中和度，交联剂的选择及用量，单体配比，反应时间等；以及这些工艺参数对吸水性能的影响。
同时研究2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对高吸水树脂抗盐性能的影响。
通过研究试图增强高吸水性树脂的耐盐性。
实验通常采用水溶液法制备高吸水性树脂，工艺简单，工艺条件易于控制；制备的产品成本较低，质量较好；加入增强高吸水性树脂耐盐性能的单体AMPS，改善树脂的性能。
一、高吸水性树脂的吸水机理。
直到现今，专业人员对高吸水树脂的吸收水分的性能与吸水树脂分子结构的相互关系以及吸水树脂其吸水机理的认识还十分之不全而，他们现阶段提出的观点还停留在吸水树脂的结构阐述问题上。
对于交联结构对吸水树脂的吸水机理的影响，目前为人们所接受的理论有两个，其一是高吸水树脂的吸水过程是由离子浓度差所产生的动力引起的，高吸水性树脂聚合物是一种高分子电解质聚合物，它在水及其它极性溶剂中能电离，之后便产生了离子间相互作用，从而使得高分子聚合物出现溶胀。
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。
高吸水性材料的研究
高吸水性材料的研究摘要：高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至几千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性，因此在生理卫生用品、土木建筑、农业、食品、医药等方面具有广阔的应用前景。
本文介绍了高吸水性树脂的分类、吸水机理、制备方法及应用，并对高吸水性树脂的发展前景作了展望。
关键词：高吸水性树脂；机理；制备方法；应用。
前言：高吸水性树脂（简称SAR）是一种典型的功能高分子材料。
它能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并具有很强的保水能力的高分子材料，所以它又成为超强吸水剂或高保水剂。
从化学结构上来讲，高吸水性树脂是具有许多亲水基团的低交联度或部分结晶的高分子聚合物。
［1］1、高吸水性树脂的吸水机理1.1高吸水性树脂的吸水结构高吸水性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。
高吸水性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，即具有一定的交联度。
实验表明：吸水性基团极性越强，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去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减少，使吸水率明显降低。
1.2高吸水性树脂吸水量的计算高吸水性树脂的吸水量可以量化。
Flory［4］考虑聚合物中固定离子对吸水能力的贡献，从聚合物凝胶内外离子浓度差产生的渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时的最大吸水性公式：Q 3/5=[（i/2VuS�~ 1/2）2+(1/2-x1)/V 1]/（Ve/Vo）1.3高吸水性树脂与水的作用方式当水与高聚物表面接触时，有三种相互作用：一是水分子与高分子中的电负性强的氧原子间的氢键作用；二是水分子与疏水基团间的相互作用；三是水分子与亲水基团间的相互作用。
［6］高吸水性树脂本身具有的亲水基和疏水基与水分子相互作用形成水合状态。
7.高吸水性树脂详解
1 概述
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。
1
高吸水性树脂
60年代末期，美国首先开发成功高吸水性 树脂。这是一种含有强亲水性基团并通常具有 一定交联度的高分子材料。它不溶于水和有机 溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000 倍，最高可达5000倍，吸水后立即溶胀为水凝 胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出。 吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。
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高吸水性树脂
(b) 聚丙烯腈水解法 将聚丙烯腈用碱水解，再用甲醛、氢氧化 铝等交联剂交联成网状结构分子，也是制备高 吸水性树脂的有效方法之一。这种方法较适用 于腈纶废丝的回收利用。 如用氢氧化铝交联腈纶废丝的皂化产物， 最终产品的吸水率为自身重量的700倍。反应 历程如下：
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高吸水性树脂
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后将产物用碱水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。这类树脂在吸水后有较高的机械强 度，适用范围较广。
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高吸水性树脂
（4）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂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。这类树脂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。
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高吸水性树脂
CH2 CH
+ CH2 CH R CH CH2
COOH
引发剂
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
高吸水性树脂的吸水性原理
高吸水性树脂的吸水性原理
聚丙烯酸钠交联体在吸水前，呈固体状态的高分子长链相互紧密缠绕卷曲，其中部分链之间形成交链的立体网络结构。
由于树脂是含易电离、亲水的羧酸钠基团交链体的高分子电解质，一遇水，交链体中的钠离子（Na+）便游离出聚合物网络之外，剩下带负电荷的羧酸根（—COO-）相互排斥，将高分子链充分扩展。
此时立体网络犹如一个大网兜，因而可容纳大量的水分。
近年来，随着卫生材料（卫生护垫、纸尿布等）、农业材料（苗木移植保水剂、土壤保水剂）、工业材料（油中水分清除等）、居室材料（墙壁、天花板等的防露水剂）等需求量的迅速增长，导致由淀粉、纤维素等天然高分子与丙烯酸、苯乙烯磺酸等进行接枝的共聚物和合成高分子聚乙烯醇、聚丙烯酸盐经交联处理的聚合物，聚乙二醇系列聚合物等高吸水性树脂异军突起。
在应用方面，已不只是单纯利用其吸水一保水性能，而且还出现了树脂粘结性、膨胀性、水选择吸收性、水缓慢释放性、生物亲和性等多种功能。
高吸水树脂的吸水机理及其在农业上的应用
唐广等[4]在对施用了高吸水树脂的土壤水份 分布研究之后发现，高吸水树脂和与之相拌的土 壤一起构成吸水网络，可在较长时间内使土壤维 持较多的水分, 提高土壤蓄水容量和持水能力， 有效抑制土壤水蒸发。日本井上光弘[5]研究了 5 种日本产吸水树脂的吸水率，试验表明，树脂的 混合率在 0.05%~0.1%的范围内吸水率最大其在农业上的应用
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渗透压差产生，水份就源源不断地进入了网络。
因此高吸水性树脂吸水过程包含三个部分：氢键
形成、水解、渗透压差引起的扩散。
1.2 高吸水树脂的吸水能力
由于高吸水树脂具有一定的交联度，自身的
交联网状结构以及与氢键的结合，限制了树脂在
吸附水份时分子网络不能无限制地扩大，保证了
树脂吸水后不会溶解于水。这样高吸水树脂内部
就存在两种力，一是高吸水树脂内部离子间相斥
作用所产生的渗透压力，使水进入树脂内部，导
致空间网络扩张；一是交联作用所产生的弹性
力，使吸水后的树脂具有一定的强度。这两种力
相互制约，最后达到平衡，树脂吸水即达到饱和，
此时的吸水量即为吸水率。
高吸水性树脂的吸水能力可用 Flory 公式[3]
高吸水树脂的空间分子网络结构示意图如 下。
图 高吸水树脂的空间分子网络结构示意图
吸附水份时，高吸水树脂表面的亲水性基团 首先与水分子进行水合作用，形成氢键，这部分 水是结合水。由于 Na+在水中为可移动离子，而羧 基负离子与树脂分子链相连，不能自由向水中扩 散，所以高吸水树脂网络骨架上均为带负电荷的 羧基离子。羧基离子间由于同性电荷之间产生排 斥力，这是使树脂网络结构扩张的动力。在排斥 力的作用下，高分子网束随之扩展，亲水性离子 基团水解，产生可移动的 Na+ 离子。Na+ 虽然具备 一定的活动性，但由于受网络骨架上相反电荷的 吸引、束缚，使得 Na+ 只能存在于树脂空间网络 中。因此，树脂网络内部的 Na+ 浓度大于外部 Na+ 浓度，使得树脂网络内外产生渗透压。在渗透压 的作用下，水分子向树脂网络内渗透，进入网络。 渗透进入网络的是自由水，与网络内部亲水性基 团作用，形成氢键，进一步导致离子基团水解和
7高吸水性树脂详解
高吸水性树脂
(c) 聚丙烯酸酯水解法 通过聚丙烯酸酯的水解引入亲水性基团是 目前制备聚丙烯酸盐系高吸水性树脂最常用的 方法。这是因为丙烯酸酯品种多样，自聚、共 聚性能都十分好，可根据不同聚合工艺制备不 同外形的树脂。用碱水解后，根据水解程度的 不同，就可得到粉末状、颗粒状甚至薄膜状的 吸水能力各异的高吸水性树脂。
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高吸水性树脂
高吸水性树脂是高分子电介质，对含有离 子的液体吸收能力显著下降，因此，产品的净 化程度对吸水率影响很大。通常采用渗析、醇 沉淀、漂洗净化，再用碱中和处理。产品的最 终形式随净化和干燥的方式而异。醇沉淀及鼓 风干燥的一般为粒状产品；渗析和酸沉淀及转 鼓干燥的一般制成膜，也可加工为粒状；若用 冷冻干燥，则可制得海绵状产品。这些形式都 有各自的独特用途。
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高吸水性树脂
例如，用顺丁烯二酸酐交联聚乙烯醇的反 应历程如下：
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高吸水性树脂
3 高吸水性树脂的吸水机理
3.1 化学组成和分子结构对吸水性能的影响 高吸水性树脂可吸收相当于自身重量几百
倍到几千倍的水，是目前所有吸水剂中吸水功 能最强的材料。
从化学组成和分子结构看，高吸水性树脂 是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联 型高分子。从直观上理解，当亲水性基团与水 分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。
R
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COONa
COONa
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高吸水性树脂
丙烯酸在聚合过程中由于氢键作用十分强 烈，自动加速效应严重。因此，反应后期极易 发生疑胶。故在工艺上常采用丙烯酸钠与二烯 类单体直接共聚的方法来解决聚合上的困难。
丙烯酸及其盐类是水溶性单体，若欲制得 颗粒状的高吸水性树脂，常采用有机溶剂逆向 悬浮聚合工艺。
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
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】。
高吸水性树脂的吸水理论及吸水结构.doc
述情况，本节对焉吸收树脂的基本结构、形态、吸收理论加以概述。
1．2．1 高吸水性树脂的吸水理论及吸水结构(1)高吸水性树脂的吸水结构高吸水性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。
高吸水性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，即具有一定的交联度。
实验表明：吸水性基团极性越强，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去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减少，使吸水率明显降低。
根据高吸水性树脂的交联结构可分为三种类型：①化学交联；②物理交联；③混合交联(既有化学交联，又有物理交联)。
以下从几种典型的吸水性树脂阐述其结构和形态。
①淀粉接枝物和纤维素接枝物淀粉和纤维素都属于多糖类高分子化合物，是由葡萄糖结构单元结合而成的大分子。
丙烯酸类单体与之接枝共聚，就得支链高分子化合物。
日本三洋化成工业公司温品谦二等根据V on E．Gruber等的方法探讨了淀粉接枝丙烯酸的聚合物结构。
从接枝聚合物侧链的分子量、溶解性的比较等研究结构，得出如图1-1所示的结构。
即淀粉的葡萄糖环在约2000个单元中用一个单元接枝丙烯酸。
每个葡萄糖环用两个以上的丙烯酸通过氢键沿淀粉链生长构成聚合度约2000的侧链。
又因侧链部分体型结构化，并用氢氧化钠中和，侧链的钠盐部分从淀粉中游离出来，而侧链中未中和部分通过氢键结合在淀粉主链上，并且可推定这种钠盐和酸是互相交换的。
因此，该类高吸水性树脂的吸水能力可以看作主要是通过图1-1 淀粉一丙烯酸接枝物推定的结构水中的高分子电解质的离子电荷相斥引起伸展，与由交联结构(化学交联)及氢键而引起的阻止扩张相互作用所产生的结果。
若交联度不够，可增加氢键或采用化学交联(如加交联剂)以增强交联。
另外，由于淀粉及纤维素分子中有大量的羟基，各种淀粉分子间也可互相形成氢键(起交联作用)，并且能形成结晶(特别是纤维素结晶性更强，相形成氢键(起交联作用)，并且能形成结晶(特别是纤维素结晶性更强，淀粉链分子也能构成螺旋状排列，如天然纤维素和淀粉都具有结晶结构)，也起交联作用。
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姓名：赵林玲
学号：SA11020023
班级：11级高分子科学与材料
高吸水性树脂的吸水机理
自然界中能吸水的物质很多,按其吸附水的性质来分,基本上分类,一类是物理吸附,像传统的棉花、纸张、海绵等,其吸附主要是毛细管的吸附原理,所以此类物质吸水能力不高,只能吸收自身重量的20倍水,一旦有压力,水便会从中流出。
另一类是化学吸附,通常是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。
此种吸附结合很牢,加压也不能把水放出。
高吸水性树脂是由三维空间网络构成的聚合物,它的吸水,既有物理吸附,又有化学吸附,所以,它能吸收成百上千倍的水。
一．高吸水性树脂与水的作用
当水与高分子表面接触时,有种相互作用,一是水分子与高分子电负性强的氧原子形成氢键结合二是水分子与疏水基团的相互作用三是水分子与亲水基团的相互作用。
高吸水性树脂本身具有的亲水基和疏水基与水分子相互作用形成自为水合状态。
树脂的疏水基部分可因疏水作用而易于折向内侧,形成为不溶性的粒状结构,疏水基周围的水分子形成与普通水不同的结构水。
用DSC、NMR分析、高吸水性树脂处于凝胶状态时,存在大量的冻结水和少量的不冻水。
发现亲水性水合,在分子表面形成厚度为一的一个水的分子层。
第一层,极性离子基团与水分子通过配位键或氢键形成的水合水。
第二层,水分子与水合水通过氢键形成的结合水层。
由此计算,水合水的总量不超过一水极性分子,这些水合水的数量与高吸水性树脂的高吸水量相比,相差一个数量级,由此可见高吸水性树脂的吸水,主要是靠树脂内部的三维空间网络间的作用,吸收大量的自由水贮存在聚合物内,也就是说,水分子封闭在边长为一聚合物网络内,这些水的吸附不是纯粹毛细管的吸附,而是高分子网络的物理吸附。
这种吸附不如化学吸附牢固,仍具有普通水的物理化学性质,只是水分子的运动受到限制。
二．高吸水性树脂的离子网络
高吸水性树脂在结构上是轻度变联的空间网络结构,它是由化学交联和树脂分子链间的相互缠绕物理交联构成的。
吸水前,高分子长链相互靠拢缠在一起,彼此交联成网状结构,从而达到整体上的紧固程度。
高吸水性树脂可以看成是高分子电介质组成的离子网络和水的构成物。
在这种离子网络中,存在可移动的离子对,它们是由高分子电介质的离子组成的其离子网络结构如图高吸水性树脂的吸水过程是一个很复杂的过程。
吸水前,高分子网络是固态网束,未电离成离子对,当高分子遇水时,亲水基与水分子的水合作用,使高分子网束张展,产生网内外离子浓度差。
如高分子网结构中有一定数量的亲水
离子,从而造成网结构内外产生渗透压,水分子以渗透压作用向网结构内渗透。
同理,如被吸附水中含有盐时,渗透压下降,吸水能力降低、由此可见,高分子网结构的亲水基离子是不可缺的,它起着张网作用,同时导致产生渗透功能。
亲水离子对是高吸水性树脂能够完成吸水全过程的动力因素,这一点也可从式中看出。
高分子网结构特有多量的水合离子,是高吸水性树脂提高吸水能力,加快吸水速度的另一个因素。
高吸水性树脂三维空间网络的孔径越大,吸水率越高,反之,孔径越小,吸水率越低。
树脂的网络结构是能够吸收大量水的结构因素。
三．吸水性与保水性
吸水和保水是一个问题的两个方面在一定温度和压力下,高吸水性树脂能自发地吸水,水进入到树脂中,使整个体系的自由能降低,直到满足平衡为止。
如水从树脂中放出, 使自由能升高,不利于体系的稳定。
通过差热分析表明,高吸水性树脂吸收的水在150℃以上时,仍有50% 的水封闭在水凝胶的网络中,当温度达到200℃时,水分子的热运动超过高分子网络的束缚力后,水才挥发逸出。
因此在常温下,加多大的压力,水也不从高吸水性树脂中溢出。
另外,高吸水性树脂的吸水能力还与网络链上的离子密度和所吸附介质等因素有关,这已被实验所证明。