三章超高吸水材料讲课资料
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高吸水剂是含有羧基的阴离子物质，残 存的羧基（约30%）往往使树脂显示弱酸性， 并可吸收氨类等弱碱性物质。这一特性有利 于卫生中等的除臭，并可将土壤中氮肥的利 用率提高10%。 • ⑺增粘性：用于化妆品中、吸水速率等。
2020/5/13
二、超高吸水性材料的用途和国内外研究概况： • 1、用途：用途很广，很有发展前途。
2020/5/13
• 测定方法： 称取1g吸水剂，加入盛满水的2—3升的
容器里。充分溶胀形成凝胶状后将凝胶倾入 80—140目的筛子里，静放30min，再称取筛 子上面凝胶的重量。
• 吸水剂吸蒸馏水（或去离子水）的能力远大 于吸收天然水以及其它含离子水的能力。
2020/5/13
• 目前，超高吸水剂能吸蒸馏水800—2000倍。 个别报道可吸水5千倍。
• 吸天然水，如江河水为200—500倍。
• 吸含0.1%的NaCl生理盐水只有50—80倍。
2020/5/13
（2）保水能力---吸水后再失水情况
• 1、机械力作用的失水： 如：将吸水的凝胶、用力挤压、离心机
离心，高分子吸水剂在这方面保水能力都是 很强的。(例如米饭) • 2、光照、风干等失水：
可用在卫生、医药、土木、农林化妆等20 个行业或领域，制出130多种有关产品。
2020/5/13
• ⑴农业、林业方面： 土壤保墒、种子发芽、播种保苗、种子
营养器、改造沙漠；林业上：育苗、植树、 造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、 可提高成活率。 • ⑵工业：日用化工、如：化妆品的增稠剂、 石油工业中的堵漏剂，干燥剂、水泥制品养 护剂。 • ⑶医学方面：吸水绑带，病床垫、卫生巾、 婴儿尿布等。
• 吸水基种类：强电解质， 如SO3Na(k)、COONa(k)
• 吸水基的数量和分布：数量越多越好； 分布越均匀越好。
2020/5/13
• 2. 性能： 吸水能力 保水能力（对水的束缚能力） 抗盐能力 稳定性
• ⑴吸水能力： 以每克吸水剂能吸收水的克数表示， 或以吸水的重量是其自身重量的倍数表示。
高分子吸水剂吸水后得到的凝胶，在光 照或风干条件下均可失水，但比其它吸水剂 失水慢。 • 3 、被植物根系吸收的水分：
这是吸水剂能用于林、农方面的根本原因。
2020/5/13
• ⑶抗盐能力： 是指吸水剂能力受水中含离子种类和数量的
影响。吸蒸馏水上千倍的吸水剂，吸含0.1%NaCl的 水只有几十倍。
2020/5/13
１、由淀粉接枝丙烯腈水解制备
淀粉：
C H2O H
O 是螺旋
结构
O
HO O H n O n > 1000
状结构
加水混合 O 加热煮沸
C H2O H
O OH
O
n
变成线 型结构
OH
CH2OH O
OH O
On
OH
CH2OH
O
mCH2=CH
Ce4+ O OH
On
CN
O
OH
2020/5/13
吸水功能团的种类对吸水性能有很大的影响， 如SO3Na 和COONa 最好，—OH， -C≡N较差。
2020/5/13
COONa
COONa COONa
COONa
COONa
COONa COONa
COONa
ห้องสมุดไป่ตู้
COONa
COONa
COONa
2020/5/13
与离子交换树脂有何不同?
• 树脂骨架：均匀的立体笼状， 高分子链柔性， 笼网适当大些，有利于高吸水性。
离子浓度越大，吸水量越小，离子价数越高 ，吸水越少，目前这是吸水剂的致命弱点。
• ⑷稳定性： 是指生物降解性：在土壤保墒方面，高分子
吸水剂不易发霉，不易被细菌破坏，寿命长。
2020/5/13
• ⑸无毒性： 在医用、卫生方面，要求无毒，经动物
口服实验，无死亡，无异常表现，对皮肤和 粘膜无刺激，无过敏反应。 • ⑹吸氨能力：
2020/5/13
• 在1980年代，我国有许多单位开始研发高吸 水剂，如南开大学、山大、中科院、吉林化 学所，北京化工研究院等。
• 申请的中国专利有：
GK85100849
GK85103771
GK85104864
GK85102156
GK86104111
CN10416001A
2020/5/13
三、超高吸水性材料的制备途径： • 高吸水性材料可分为二类： （1）天然高分子的改性物 （2）烯类单体的共聚物
第三章 超高吸水性材料
2020/5/13
吸水树脂
2020/5/13
• 彩色花泥
2020/5/13
2020/5/13
吸水材料很早就有，如脱脂棉、硅胶、海绵等， 这些传统的吸水材料有局限： （1）吸水率只有自身重的20-40倍左右，远不能 满足人们的需要； （2）这些材料吸水后，一旦受到外力的作用（如 挤、压）就很易脱水。
2020/5/13
• 随后，日本急起直追，1975年首先开发了淀 粉一接枝丙烯腈共聚物；70年后期和80年代 初，美、日、西欧等国有许多公司开展了高 吸水剂的开发工作，并且日本进展较快，80 年代中期，与高吸水性树脂有关的日本发明 专利每年约有2000―5000篇，88年日本生产 的卫生用超高吸水性树脂3万吨，出口4万吨 。目前，世界的产品为60万吨/年。
C H 2O H O
O OH
On
C OH
CC N
C CC N
C H2O H O
O H- O
OH
On
C OH
O
C C O Na
CO C C O Na
2020/5/13
• ⑵实例： 在2000ml烧瓶中，加入50克玉米淀粉和
2020/5/13
• 2、历史： • 1969年美国Fanta等用丙烯腈对淀粉接枝后水解
，得到一种吸水能力为自重数百倍的聚合物，从 而开发了一种新型高分子材料—高吸水性树脂。 • 1974年N.W.Taylor等研究了淀粉接枝丙烯腈水解 物的性质和性能，发现它吸水后是凝胶颗粒的堆 积，有许多性质与聚电解质不同，该超吸水剂由 美国的Grafn processing Co研制成产品， 1974年进入市场，得到广泛地应用。
而超高吸水性材料，能吸收自重成百上千倍 的水，并且有很好的保水和贮水能力。
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一、超高吸水性材料的结构与性能：
1、 结构： 结构
高分子骨架：适度交联的网状结构
吸水官能团:
-COONa -SO3Na -CH2-NH2 -CH2-OH --CH2—O—CH2---
-CONH2 -C≡N
树脂骨架的立体结构对吸水性能有影响，
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二、超高吸水性材料的用途和国内外研究概况： • 1、用途：用途很广，很有发展前途。
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• 测定方法： 称取1g吸水剂，加入盛满水的2—3升的
容器里。充分溶胀形成凝胶状后将凝胶倾入 80—140目的筛子里，静放30min，再称取筛 子上面凝胶的重量。
• 吸水剂吸蒸馏水（或去离子水）的能力远大 于吸收天然水以及其它含离子水的能力。
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• 目前，超高吸水剂能吸蒸馏水800—2000倍。 个别报道可吸水5千倍。
• 吸天然水，如江河水为200—500倍。
• 吸含0.1%的NaCl生理盐水只有50—80倍。
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（2）保水能力---吸水后再失水情况
• 1、机械力作用的失水： 如：将吸水的凝胶、用力挤压、离心机
离心，高分子吸水剂在这方面保水能力都是 很强的。(例如米饭) • 2、光照、风干等失水：
可用在卫生、医药、土木、农林化妆等20 个行业或领域，制出130多种有关产品。
2020/5/13
• ⑴农业、林业方面： 土壤保墒、种子发芽、播种保苗、种子
营养器、改造沙漠；林业上：育苗、植树、 造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、 可提高成活率。 • ⑵工业：日用化工、如：化妆品的增稠剂、 石油工业中的堵漏剂，干燥剂、水泥制品养 护剂。 • ⑶医学方面：吸水绑带，病床垫、卫生巾、 婴儿尿布等。
• 吸水基种类：强电解质， 如SO3Na(k)、COONa(k)
• 吸水基的数量和分布：数量越多越好； 分布越均匀越好。
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• 2. 性能： 吸水能力 保水能力（对水的束缚能力） 抗盐能力 稳定性
• ⑴吸水能力： 以每克吸水剂能吸收水的克数表示， 或以吸水的重量是其自身重量的倍数表示。
高分子吸水剂吸水后得到的凝胶，在光 照或风干条件下均可失水，但比其它吸水剂 失水慢。 • 3 、被植物根系吸收的水分：
这是吸水剂能用于林、农方面的根本原因。
2020/5/13
• ⑶抗盐能力： 是指吸水剂能力受水中含离子种类和数量的
影响。吸蒸馏水上千倍的吸水剂，吸含0.1%NaCl的 水只有几十倍。
2020/5/13
１、由淀粉接枝丙烯腈水解制备
淀粉：
C H2O H
O 是螺旋
结构
O
HO O H n O n > 1000
状结构
加水混合 O 加热煮沸
C H2O H
O OH
O
n
变成线 型结构
OH
CH2OH O
OH O
On
OH
CH2OH
O
mCH2=CH
Ce4+ O OH
On
CN
O
OH
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吸水功能团的种类对吸水性能有很大的影响， 如SO3Na 和COONa 最好，—OH， -C≡N较差。
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COONa
COONa COONa
COONa
COONa
COONa COONa
COONa
ห้องสมุดไป่ตู้
COONa
COONa
COONa
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与离子交换树脂有何不同?
• 树脂骨架：均匀的立体笼状， 高分子链柔性， 笼网适当大些，有利于高吸水性。
离子浓度越大，吸水量越小，离子价数越高 ，吸水越少，目前这是吸水剂的致命弱点。
• ⑷稳定性： 是指生物降解性：在土壤保墒方面，高分子
吸水剂不易发霉，不易被细菌破坏，寿命长。
2020/5/13
• ⑸无毒性： 在医用、卫生方面，要求无毒，经动物
口服实验，无死亡，无异常表现，对皮肤和 粘膜无刺激，无过敏反应。 • ⑹吸氨能力：
2020/5/13
• 在1980年代，我国有许多单位开始研发高吸 水剂，如南开大学、山大、中科院、吉林化 学所，北京化工研究院等。
• 申请的中国专利有：
GK85100849
GK85103771
GK85104864
GK85102156
GK86104111
CN10416001A
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三、超高吸水性材料的制备途径： • 高吸水性材料可分为二类： （1）天然高分子的改性物 （2）烯类单体的共聚物
第三章 超高吸水性材料
2020/5/13
吸水树脂
2020/5/13
• 彩色花泥
2020/5/13
2020/5/13
吸水材料很早就有，如脱脂棉、硅胶、海绵等， 这些传统的吸水材料有局限： （1）吸水率只有自身重的20-40倍左右，远不能 满足人们的需要； （2）这些材料吸水后，一旦受到外力的作用（如 挤、压）就很易脱水。
2020/5/13
• 随后，日本急起直追，1975年首先开发了淀 粉一接枝丙烯腈共聚物；70年后期和80年代 初，美、日、西欧等国有许多公司开展了高 吸水剂的开发工作，并且日本进展较快，80 年代中期，与高吸水性树脂有关的日本发明 专利每年约有2000―5000篇，88年日本生产 的卫生用超高吸水性树脂3万吨，出口4万吨 。目前，世界的产品为60万吨/年。
C H 2O H O
O OH
On
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CC N
C CC N
C H2O H O
O H- O
OH
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C OH
O
C C O Na
CO C C O Na
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• ⑵实例： 在2000ml烧瓶中，加入50克玉米淀粉和
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• 2、历史： • 1969年美国Fanta等用丙烯腈对淀粉接枝后水解
，得到一种吸水能力为自重数百倍的聚合物，从 而开发了一种新型高分子材料—高吸水性树脂。 • 1974年N.W.Taylor等研究了淀粉接枝丙烯腈水解 物的性质和性能，发现它吸水后是凝胶颗粒的堆 积，有许多性质与聚电解质不同，该超吸水剂由 美国的Grafn processing Co研制成产品， 1974年进入市场，得到广泛地应用。
而超高吸水性材料，能吸收自重成百上千倍 的水，并且有很好的保水和贮水能力。
2020/5/13
一、超高吸水性材料的结构与性能：
1、 结构： 结构
高分子骨架：适度交联的网状结构
吸水官能团:
-COONa -SO3Na -CH2-NH2 -CH2-OH --CH2—O—CH2---
-CONH2 -C≡N
树脂骨架的立体结构对吸水性能有影响，