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。

2高吸水性树脂的分类

高吸水性树脂从诞生起发展到现在,种类繁多.根据现有品种及其发展按以下几个方面进行分类 .

2.1 按原料来源分类

高吸水性树脂从原料来源来分,有三大系列,分别是淀粉系,纤维素系,合成聚合物系.

2.1.1淀粉类

对天然淀粉进行改性制备SAR是成本较低的一种方法,主要有两种形式:一是在淀粉上

引入亲水基团(AA或AM),并使其有一定的交联度;另一种是先对淀粉进行部分交联,再引入羟甲基亲水性基团得到 SAR,该方法原料来源丰富,成本低,吸水率高,其缺点是耐热性与

其保水性能差,使用中易受微生物分解而失去吸水保水能力.

2.1.2纤维素类

纤维素类SAR也包括两种类型,一种是纤维素与亲水性单体接枝共聚,另一种是氯醋酸与纤维素反应引入羟甲基再用交联剂交联而得,该类树脂的主要特点是可以制成高吸水织物,与合成纤维混纺,改善最终产品的性能.

2.1.3其他种类

此类主要是指淀粉,纤维素以外的多糖类 SAR,其中有些接枝物也有较好的吸水能力.

2.2 按亲水化方法分类

高吸水性树脂从亲水化方法来分 ,有四大系列.分别是:1. 亲水性单体的聚合物(如

聚丙烯酸盐,聚丙烯酰胺,醋酸乙烯/ 顺丁烯二酸酐共聚物,丙烯酸/丙烯酰胺的共聚物等);

2. 疏水性聚合物的羧甲基化反应物(如纤维素羧甲基化反应,淀粉羧甲基化反应,聚乙烯

醇/顺丁烯二酸酐的反应等);3 疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体共聚物(如淀粉/丙烯酸

/丙烯酰胺/顺酐接枝共聚物,聚乙烯醇接枝丙烯酸盐,纤维素接枝丙烯酰胺,纤维素接枝丙

烯酸盐,淀

粉接枝丙烯酸盐,淀粉接枝丙烯酰胺等);4. 含腈基,酯基,酰胺基的高分子水解反应物(如

聚丙烯酰胺的水解物,纤维素接枝丙烯腈的水解物,淀粉接枝丙烯腈的水解物,丙烯酸酯/

醋酸乙烯酯共聚物的水解等).

2.3 按交联方法分类

高吸水性树脂按不溶化方法分为用交联剂进行网状化反应,自交联网状化反应,放射

线照射网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构等四种.其中用交联剂进行网状

化反应主要有多反应官能团的交联剂交联水溶液性的聚合物,多价金属离子交联水溶液性

的聚合物,多价酸交联水溶液性的聚合物和用高分子化合物交联水溶液性的聚合物等重要

品种;自交联网状化反应有聚丙烯酸盐,聚丙烯酰胺等的自交联聚合反应;放射线照射网状

化反应的重要品种是聚乙烯醇,聚氧化烷烃等通过放射线照射而进行交联.

2.4 按亲水基团的种类分类

高吸水性树脂按照亲水基团的种类可分为含有羧酸,磺酸,磷酸类的阴离子系 ,叔胺,

季铵类的阳离子系 ,两性离子系 ,羟基和酰胺基的非离子系和多种亲水基团系等五大种类.

2.5 按制品形态分类

从制品形态上高吸水性树脂可分为粉末状,纤维状,薄膜状和珠状.

3高吸水性树脂的性能

高吸水性树脂作为一种功能材料应用 ,其应用领域不同 ,对它的性能也有各种各样

的要求.高吸水性树脂主要有以下几项性能.

3.1 吸水性

高吸水性树脂的吸水性可从两个方面反映:一是其吸水溶胀的能力,以吸水率表示,目

前最大吸水率是5000倍;另一个是其保水性.其吸水能力不仅决定于聚合物的组成,结构,

形态,分子量,交联度等内在因素,外界条件对其影响也很大.高吸水性树脂吸水性的测定

方法很多,有筛网法,茶袋法,抽吸法,离心法等,因测定方法的不同而有差异.