PPT高吸水性树脂

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2013-7-25
SAP
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超强吸水高分子材料综述
普通吸水材料
纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等。 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,
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水性很差。
2013-7-25
一旦受到外力作用,则很容易脱水,保
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(外)
H2O
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
(内)
吸水树脂的离子型网络
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。
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
二、分

淀粉系
SAP
合成高分子系
纤维素系
纤维素系超高吸水高分子材料
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
时亦存在易受细菌的分解失去吸水、保水能力的
缺点。
与淀粉类高吸水性树脂相比,纤维素类的 吸水能力比较低,一般为自身重量的几百倍, 但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊 形式的用途方面,淀粉类往往无法取代。例 如,与合成纤维混纺制作高吸水性织物,以改 善合成纤维的吸水性能。这方面的应用显然非 纤维素类莫属。
表2 高吸水性树脂分类 分类方法 类 别
a. 淀粉类; b. 纤维素类; c. 合成聚合物类:聚丙烯酸盐系; 按原料来源分类 聚乙烯醇系; 聚氧乙烯系等。 a. 亲水单体直接聚合; 按亲水基团引入方式 b. 疏水性单体羧甲基化; c. 疏水性聚合物用亲水单体接枝; 分类 d. 腈基、酯基水解。
a. b. 按交联方法分类 c. d. a. b. 按产品形状分类 c. d.
2013-7-25
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超强吸水高分子材料综述
一、吸 水 原 理 二、分类 三、基本结构 四、SAP结构
五、合成高吸水分子中一些重要术语
六、接枝共聚反应实例
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七、高吸水性树脂的基本特性及影响因素
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超强吸水高分子材料综述
超强吸水高分子材料(Super Absorbent Polymer简称SAP)
吸水性有很大的影响:
未经交联的树脂基本上没有吸水功能。而少量交联
后,吸水率则会成百上千倍地增加。但随着交联密 度的增加,吸水率反而下降。
图1为交联剂聚乙二醇双丙烯酸盐(PAGDA)对聚
丙烯酸钠系高吸水性树脂吸水能力的影响。
图1 交联剂用量对吸水能力的影响
由图中可见: 当交联剂用量从0.02 g增至0.4 g时,聚合物 的吸水能力下降60%以上。 从淀粉与丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸水 能力变化来看,随聚丙烯腈用量和平均分子 量的增大,吸水量也随之增加(见图2)。 这些例子都证明,适当增大网状结构,有利 于吸水能力的提高。
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医用吸水胶布
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超强吸水高分子材料综述
用途
Super
植物养护泥
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各式吸潮剂
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超强吸水高分子材料综述
用途
高吸水性树脂是一类高分子电解质。水中盐类
物质的存在会显著影响树脂的吸水能力,在一 定程度上限制了它的应用。 提高高吸水性树脂对含盐液体(如尿液,血液、 肥料水等)的吸收能力,将是今后高吸水性树 脂研究工作中的一个重要课题。 对高吸水性树脂吸水机理的理论研究工作也将 进一步开展,以指导这一类功能高分子材料向 更高水平发展。
图2 AN含量对吸水能力的影响
由此可见,被高吸水性树脂吸收的水主要是
被束缚在高分子的网状结构内。 据测定,当网格的有效链长为10-9~10-8m 时,树脂具有最大的吸水性。 网格太小,水分子不易渗入,网格太大,则 不具备保水性。 树脂中亲水性基团的存在也是必不可少的条 件,亲水性基团吸附水分子,并促使水分子 向网状结构内部的渗透。

实验证明,由于亲水性水合作用而吸附 在高吸水性树脂中亲水基团周围的水分子层 厚度约为5×10-10~6×10-10 m,相当于 2~ 3个水分子的厚度。 第一层水分子是由亲水性基团与水分子形成 了配位键或氢键的水合水 第二、三层则是水分子与水合水形成的氢键 结合层。再往外,亲水性基团对水分子的作 用力已很微弱,水分子不再受到束缚。
也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚合物,
Super
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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。
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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何在了^_^
Super
普通吸水材料
表1 丙烯腈接枝淀粉的热失水率
牌 号 SAN52 100℃时失水率 (%) 9.9 150℃时失水率 (%) 44.6
SAN53 SAN61 SAN62 SAN63
11.1 5.4 10.5 11.6
39.3 — 47.3 49.2
高吸水性树脂吸收水后发生溶胀,形成凝胶。 在溶胀过程中,一方面,水分子力图渗入网
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观看保水能力演示
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超强吸水高分子材料综述
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超强吸水高分子材料综述
用途
日常生活:吸水性抹布、、插花材料、婴儿一次性
尿布、宇航员尿巾、妇女卫生用品、餐巾、手帕、绷 带、脱脂棉等
(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。
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
另一类是淀粉与亲水性单体(如丙烯酸、
丙烯酰胺等)接枝聚合,然后用交联剂交联 的产物,是由日本三洋化成公司首开先河的。
80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂
的研究。
淀粉改性的高吸水性树脂的优点:
原料来源丰富,产品吸水倍率较高,通常都
在千倍以上。 缺点是吸水后凝胶强度低,长期保水性差, 在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、 保水作用。
用交联剂网状化反应; 自身交联网状化反应; 辐射交联; 在水溶性聚合物中引入疏水 基团或结晶结构。 粉末状; 颗粒状; 薄片状; 纤维状。
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。
超强吸水高分子材料综述
普通吸水材料
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。
在普通水中,水分子是以氢键形式互相连结
在一起的,运动受到一定限制。 在亲水性基团作用下,水分子易于摆脱氢键 的作用而成为自由水分子,这就为网格的扩 张和向网格内部的渗透创造了条件。
水分子进入高分子网格后,由于网格的弹性
束缚,水分子的热运动受到限制,不易重新 从网格中逸出,因此,具有良好的保水性。 差热分析结果表明,吸水后的树脂在受热至 100 ℃时,失水仅10%左右;受热至150℃时, 失水不超过50%,可见其保水性之优良(见 表1)。
格内使其体积膨胀,另一方面,由于交联高 分子体积膨胀导致网格向三维空间扩展,使 网键受到应力而产生弹性收缩,阻止水分子 的进一步渗入。 当这两种相反的作用相互抵消时,溶胀达到 了平衡,吸水量达到最大。
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 树脂的网络扩张。
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 缺
纤维素系
抗霉解性优
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。
水分子与亲水性基团中的金属离子形成配位
水合,与电负性很强的氧原子形成氢键等。 高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而 易于斥向网格内侧,形成局部不溶性的微粒 状结构,使进入网格的水分子由于极性作用 而局部冻结,失去活动性,形成“伪冰” (False ice)结构。 亲水性基团和疏水性基团的这些作用,显然 都为高吸水性树脂的吸水性能作了贡献。
Super
2013-7-25
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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。
一、吸 水 原 理
物理吸附
1. 吸 水 实 质 化学吸附
(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。
(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。
农用保水剂、土壤改良剂
Super
抗血栓材料
用作医疗卫生材料:外用药膏的基材、缓释性药剂、 工业吸水剂:堵水剂、脱水剂 食品工业
量剂等
包装材料、保鲜材料、脱水剂、食品增
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超强吸水高wk.baidu.com子材料综述
SAP的用途广泛:
用途
Super
女性卫生用品
淀粉结构
支链淀粉 直链淀粉
H OH H
O OH
O HO H H OH O HO
H
O H OH H O HO H H OH O
H OH H O
淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式:
一种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后,用
碱性化合物水解引入亲水性基团的产物,由 美国农业部北方研究中心于1966年开发成功, 并投入生产;
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 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
聚乙烯醇类
天然高分子加工产物
淀粉类
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 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 其它 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等
按这种结构计算,每克高吸水性树脂所吸收
的水合水的重量约为6~8 g,加上疏水性基 团所冻结的水分子,也不过15 g左右。 这个数字,与高吸水性树脂的吸水量相比, 相差1~2个数量级,而与棉花、海绵等的吸 水量相当。 显然,还有更重要的结构因素在影响着树脂 的吸水能力。
研究发现,高吸水性树脂中的网状结构对
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。
(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。
Super
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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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吸水前
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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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