第四章超强吸水高分子介绍

Super
吸水前
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
Super
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超强吸水高分子材料综述
用途
Super
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超强吸水高分子材料综述
Super
分子材料。
物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高
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超强吸水高分子材料发展
传统吸水材料：纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料 等材料。 60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂，含有 强亲水性基团并具有一定交联度的高分子材料。 问世 30多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透 到各行各业。 如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂等； 在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、 抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等。在 日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料 等
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Super
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三、基本结构
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。
Super
比
较
类别
聚丙烯酸（盐）类
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。 吸水性强，工艺成
CH2OH
O
水解
NaOH
O
OH
O
CH2 n-2
CH
y
CH2
CH COONa
中和
x
湿料
Super
OH
2HNOC
沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
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淀粉与丙烯腈制造实例
原料
糊化
通氮净化
Super
产品 粉碎 调PH 干燥 离心中和
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Super
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
树脂的网络扩张。
（外）
H2O
（内）
Ab s o 吸水树脂的离子型网络 rb e nt po lym e r
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。
Super
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
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Super
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二、分
类
甲壳质衍生物
Super
合成高分子系
淀粉系
SAP
纤维素系
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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 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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天然高分子加工产物
淀粉类
Super
其它
纤维素类
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 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白 质类等
似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树
脂的制备
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甲壳质衍生物
Super
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Super
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四、SAP结构
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
制造SAP的新方法——微波法
纸浆纤维
Super
高效节能，无环境污染
单体丙烯酸
加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应
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Super
思考题: 1. 比较离子交换树脂、高吸水性树脂以及高 分子絮凝剂的分子结构的特点。 2. 比较与分析形成一般吸水材料如棉花、海 绵、纸与高吸水树脂如此大差异的原因。 3. 如何改善高吸水性高分子材料的性能？
OH H
O
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HO H OH H O
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
Super
O O O O
O O
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比较
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区
别
纤维素系
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
缺 点
Super
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。 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
Super
H OH H O O OH HO H OH H O H O HO H H OH H O
第四章
Super
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超强吸水高分子材料
吸 高吸水分子中一些重要术语
接枝共聚反应实例
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超强吸水高分子材料定义
超强吸水高分子材料(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
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合成超高吸水高分子材料
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH COOH COOH COOH COOH COOH COOH
Super
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
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共 同 系 点
联
优 与 点
合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳， 保水能力强 吸水 吸水后凝胶强度低，长期保水性差，耐 速度较快耐水解， 水解性较差。 吸水后凝胶强度 储量丰富，可不断再生，成本低;无毒且 大，保水性强.抗 能微生物分解，可减少对环境的污染。 菌性好.但可降解 均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类 性差.适用于工业 生产
Super
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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
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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。
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Super
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
有压力时水会流出。
化学吸附 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。
Super
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2.SAP的吸水原理
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
五、合成高吸水分子中一些重要术语
术语
引
解释
影
响
发
剂 交 联
引发自由
用量：一般为单体的0.01~0.8% 用量过多： 网络变小 吸水率
基聚合反应
用量过少： 可溶部分增多 吸水率
Super
令聚合物 决定了树 链相互交联 脂空间网络 的大小 用量过多：网络收缩
用量：一般为0.2～0.8% 吸水率
剂
用量太少：树脂溶解度
Super
从物理结构看： 丙烯酸类）。
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
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Super
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微观结构
Super
多孔网状结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
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吸水率
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Super
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天然产物的接枝改性
CH2OH
O O
CH2OH
O
活化 17.5%NaOH n-2
mCH2
CHCN K+盐引发剂
OH O
CH CH2 n-2
Super
O O
OH
CN m
OH
OH
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用途
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植物养护泥
各式吸潮剂
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Super
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一、吸 水 原 理
物理吸附 1 、 吸 水 实 质 棉花、纸张、海绵等。 毛细管的吸附原理。
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Super
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