超强吸水高分子材料分析
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吸水前
吸水后
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
保水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
用途
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料 一、吸 水 原 理 二、分类 三、基本结构 四、SAP结构
优点 用途
五、合成高吸水分子中一些重要术语 六、接枝共聚反应实例
高吸水性树脂
高吸水性树脂(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，
Super
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。
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
保水能力强 吸
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。 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
点
别
与 优
水速度较快耐水
解，吸水后凝胶 强度大，保水性 强.抗菌性好.但 可降解性差.适 用于工业生产
点
CH2 CH
CH2
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH COOH COOH COOH COOH COOH
COOH
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
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腈开始，
接着于1966年完成该项研究，并投入生产。
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超强吸水高分子材料综述
既然安上super这个头衔, 那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别
Super
普通吸水材料
SAP
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
SAP优点
吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。
Super
非离子型（羟基、醚键和氨基）
Super
结构外型分
粉末、纤维、颗粒、薄膜
Ab s o rb e nt po lym e r
一、吸 水 原 理
物理吸附
1. 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。
交 联 点
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）交联骨架防止溶解达到平衡
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
最大吸水量-可用24小时吸水量表示。
1）树脂化学结构的影响
首先要含有大量的强亲水性基团，这样可使水
合成超高吸水高分子材料
目前主要分为聚丙烯酸（盐） ，聚乙烯醇两大类。 其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。
类别 比 较
聚 丙烯酸（盐）类 吸水性强，工艺成
聚乙烯醇类
吸水倍率不及聚丙烯酸 类,但它的特点是吸水速度 熟，合成方法多样。 快,2～3分钟内即可达到饱和 吸水量的一半。
合成超高吸水高分子材料
Ab s o rb e nt po lym e r
3）内部有浓度高的离子性基团，保证内部有高的离子 浓度，从而有高的渗透压。
Super
4）聚合物分子量较高，分子量增加，吸水后的机 械强度会较高，吸水能力也会高一些。
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Super
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80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。
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
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
O O
O O
O百度文库O
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 缺
纤维素系
联
系
的污染。
共 同 点 均是葡萄糖的多聚体，可以采用 相类似的单体、引发剂、交联剂进行 吸水树脂的制备
甲壳质衍生物
合成高吸水分子中一些重要术语
与聚合物间的作用大于聚合物之间的作用力，因而后者易于吸水而溶胀。 其次，分子中要含有大量的可离子化的基团，从而在溶胀后可以提供较大
渗透压。
2）树脂链段结构的影响 这是为了解决保水的问题，适度的交联度可以
使溶胀不至于溶解，对吸收的水起到封闭作用，使吸水后树脂凝胶保持
一定机械强度。但交联度不能太高，太高将限制树脂的溶胀。 3）外部因素的影响 水中盐浓度、温度（影响水表面张力）和压力。
天然高分子加工产物
Super
其它
淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物 淀粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物 其它 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 淀粉类 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等
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离子型（多以羧酸盐基团）
亲水基团上分
2.SAP的吸水原理
吸收大量水而不流失是基于材料的亲水性、溶胀性和保水性。
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。
1）亲水溶胀 （外）
H2O
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
2）离子化保持渗透压
（内）
吸水树脂的离子型网络
二、分
类
甲壳质衍生物
淀粉系
SAP
合成高分子系
纤维素系
Super
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纯合成高分子
聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物、聚丙烯酰胺 其它
Super
聚乙烯醇类
聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
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Super
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四、SAP结构
1）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 吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ
Super
烯酸类）。
2）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
吸水后
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超强吸水高分子材料综述
保水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
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超强吸水高分子材料综述
用途
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料 一、吸 水 原 理 二、分类 三、基本结构 四、SAP结构
优点 用途
五、合成高吸水分子中一些重要术语 六、接枝共聚反应实例
高吸水性树脂
高吸水性树脂(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，
Super
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。
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
保水能力强 吸
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。 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
点
别
与 优
水速度较快耐水
解，吸水后凝胶 强度大，保水性 强.抗菌性好.但 可降解性差.适 用于工业生产
点
CH2 CH
CH2
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH COOH COOH COOH COOH COOH
COOH
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
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腈开始，
接着于1966年完成该项研究，并投入生产。
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
既然安上super这个头衔, 那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别
Super
普通吸水材料
SAP
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
SAP优点
吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。
Super
非离子型（羟基、醚键和氨基）
Super
结构外型分
粉末、纤维、颗粒、薄膜
Ab s o rb e nt po lym e r
一、吸 水 原 理
物理吸附
1. 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。
交 联 点
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）交联骨架防止溶解达到平衡
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
最大吸水量-可用24小时吸水量表示。
1）树脂化学结构的影响
首先要含有大量的强亲水性基团，这样可使水
合成超高吸水高分子材料
目前主要分为聚丙烯酸（盐） ，聚乙烯醇两大类。 其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。
类别 比 较
聚 丙烯酸（盐）类 吸水性强，工艺成
聚乙烯醇类
吸水倍率不及聚丙烯酸 类,但它的特点是吸水速度 熟，合成方法多样。 快,2～3分钟内即可达到饱和 吸水量的一半。
合成超高吸水高分子材料
Ab s o rb e nt po lym e r
3）内部有浓度高的离子性基团，保证内部有高的离子 浓度，从而有高的渗透压。
Super
4）聚合物分子量较高，分子量增加，吸水后的机 械强度会较高，吸水能力也会高一些。
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
Ab s o rb e nt po lym e r
80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。
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
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
O O
O O
O百度文库O
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 缺
纤维素系
联
系
的污染。
共 同 点 均是葡萄糖的多聚体，可以采用 相类似的单体、引发剂、交联剂进行 吸水树脂的制备
甲壳质衍生物
合成高吸水分子中一些重要术语
与聚合物间的作用大于聚合物之间的作用力，因而后者易于吸水而溶胀。 其次，分子中要含有大量的可离子化的基团，从而在溶胀后可以提供较大
渗透压。
2）树脂链段结构的影响 这是为了解决保水的问题，适度的交联度可以
使溶胀不至于溶解，对吸收的水起到封闭作用，使吸水后树脂凝胶保持
一定机械强度。但交联度不能太高，太高将限制树脂的溶胀。 3）外部因素的影响 水中盐浓度、温度（影响水表面张力）和压力。
天然高分子加工产物
Super
其它
淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物 淀粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物 其它 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 淀粉类 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等
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离子型（多以羧酸盐基团）
亲水基团上分
2.SAP的吸水原理
吸收大量水而不流失是基于材料的亲水性、溶胀性和保水性。
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。
1）亲水溶胀 （外）
H2O
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
2）离子化保持渗透压
（内）
吸水树脂的离子型网络
二、分
类
甲壳质衍生物
淀粉系
SAP
合成高分子系
纤维素系
Super
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纯合成高分子
聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物、聚丙烯酰胺 其它
Super
聚乙烯醇类
聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
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Super
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四、SAP结构
1）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 吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ
Super
烯酸类）。
2）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