耐热性吸水高分子材料

耐高温吸水材料

摘要

超强吸水齐U由于具有优异的吸水性能而被广泛应用于很多领域a然而，吸水速率慢、抗盐性和保水性差一直是阻碍超强吸水剂快速发展的主要问题。本论文在国内外研究基础上，合成了马来酸酐的淀粉系与多元共聚系列两类新型超强吸水剂。该吸水剂具有极快的吸水速率，很好的抗盐性和保水性。

以马来酸酐和丙烯酰胺为单体，硝酸铈胺为引发剂，N，N’一亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以溶液聚合方法合成了淀粉接枝马来酸酐／丙烯酰胺吸水树脂。研究了反应条件对产物吸液率的影响。并以FTlR和SEM对产物进行了表征。

以马来酸酐(MLN)，丙烯酰胺(AM)，甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)为单体，过硫酸钾为引发剂，N，N’．亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，司班为悬浮稳定剂，环己烷为连续相，采用反相悬浮聚合法合成了Poly(MLN-AM)二元交联共聚物和Poly(MLN．AM．HEMA)三元交联共聚物。系统研究了诸反应条件对产品吸水性能的影响，找到了最佳反应条件。并以FTIR、XRD、TG、DSC和SEM等手段对共聚树脂的结构和性能进行了考察。产品最大吸水率和吸盐率可达12009／g和3309／g。

吸水动力学研究表明，制得的共聚物吸水速率极快，在Imin内即达到饱和吸水量的95％以上，远远超过了同类样品的文献报道值

本论文还对产品在不同盐溶液和醇溶液中的溶胀行为进行了研究。结果表

明所制得的超强吸水剂在不同溶液中的吸收能力顺序分别为NaCI>CaCl2>AICl3和丙三醇>乙二醇>甲醇>乙醇。这些结果有助于研究吸水树脂的吸水机理。

高温时，制得的吸水树脂在自然条件下和土壤中均表现出很好的保水性能。土壤中添加少量吸水树脂可以大大提高其保水率。这表明产物在农业和园艺也中具有潜在的应用价值。

1超强吸水剂的定义

传统吸水材料，如在医疗卫生中使用的脱脂棉、海绵，日常生活中使用的卫生纸、尿布，作为水凝胶使用的明胶、琼脂等，它们来源广泛，价格低廉，但这些吸水材料主要依靠物理吸附来吸水，吸水能力小，只能吸收自身几倍至几十倍的水分，而且保水能力差，一旦施加压力，大部分水又被释放出来，因而限制了它们在实际中的应用价值。超强吸水剂是一种吸水能力特别强的物质，能够吸收自身质量数百倍到数千倍的水。现在所说的超强吸水剂主要包括高吸水性聚合物(Superabsorbent Polymer)。本论文中所说的超强吸水剂是指高吸水性聚合物，也称为高吸水性树脂。作为一种新型功能高分子材料，超强吸水剂不但吸水量高，且吸收的水份不易用机械压力压出，具有优良的保水性能。因此，又叫高保水剂.

2超强吸水剂的分类

超强吸水剂种类繁多，一般按以下几个方面进行分类。

a．从原料来源可分为三大系列：淀粉系(淀粉接枝、羧甲基化等)；纤维素系(羟甲基化、接枝等)：合成聚合物系(包括聚丙烯酸系，聚乙烯醇系，聚氧乙撑系等)。b．从亲水化方法可分为四类⋯：亲水单体的聚合；疏水性聚合物的羧甲基化、磺酸化等；疏水性聚合物与亲水性单体接枝共聚；氰基、酯基等聚合物水解。C．根据交联的方法也可分为四类：用交联剂进行网状化反应：自行交联网状化反应；放射线照射网状化反应：水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构。d．从制品形态可分为三类⋯：粉末状；膜状：纤维状。本论文按原料来源分类进行论述。

3超强吸水剂的结构与吸水机理

高吸水性聚合物是一类分子中含有极性基团并且有一定交联度的功能高分子，是由化学交联和聚合物分子链间的相互缠绕而产生物理交联构成的一类功能高分子材料。从化学结构看，高吸水性树脂的主链或接枝侧链上含有亲水性基团如羧基、酰胺基、羟基、磺酸基等：从物理结构看，高吸水性树脂是一个低交联度的三维网络，其骨架可以是淀粉、纤维素或合成树脂：从微观结构看，高吸水性树脂的微观结构因合成体系不同而呈现多样性：淀粉接枝丙烯酸的海岛型结构、纤维素接枝部分水解丙烯酰胺的蜂窝型结构、部分水解聚丙烯酰胺的粒状结构(Granular Structure)。高吸水性树脂最初吸水阶段吸水速率很低，这表明初始阶段树脂的吸水是通过毛细管吸附和分散作用实现的，接着水分子通过氢键与树脂的分子链上存在大量亲水基团(如羧基或羧基离子)作用，离子型的亲水基团遇水开始离解，阴离子固定于高分子链上，阳离子为可移动离子，随着亲水基团的进一步离解，阴离子数目增多，离子之间的静电斥力增大使树脂网络扩张；同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大，网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。随着吸水量的增大，网络内外的渗透压差趋向于零；而随着网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡(如图1．1所示)。

另外，高吸水性聚合物的吸水机理也可用Flory．Huggins热力学理论加以说明。高吸水性聚合物是三维空间网络聚合物，是高分子电介质。它之所以能吸水是因为在高分子固体和水相界面两侧自由能有差别，该吸水现象包含两个过程：一是对固体表面的吸附；二是通过界面溶入固体内部的吸附。聚合物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布状态有关。

4超强吸水剂的吸水特性与测定方法

一、吸液能力

超强吸水剂的吸液能力可用吸液率来表征，它是指单位质量的超强吸水剂

所吸收的液体的质量，例如吸水率、吸盐率、吸血率和吸尿率。吸液率可用下

式表示：

吸液率的测定方法很多，有筛网法、茶袋法、抽吸法、离心法等。

吸液率也因测定方法不同而有差异。

二、吸水速率

吸水速率是指单位质量的超强吸水剂在单位时间内吸收水的质量。表示如

下：

吸水速率的测定方法有凝胶体积膨胀法，测定凝胶重量法，毛细管(Capillary)法，搅拌停止法，水不流动法等。

三、保水性能

保水性能指吸水剂吸水后的膨胀体保持其水溶液处于不离析状态的能力。可通过测定吸水平衡后的超强吸水剂凝胶的重量随时问的变化来表征。保水能力包括加压下的保水能力，自然条件下的保水和土壤中的保水特性。

四、其它性能

超强吸水剂还有其它一些性能，如重复吸液型，热稳定性，增稠性，选择吸收性，凝胶强度，缓释性及蓄热性。

文献

1《硅酸铝棉及其制品在电力工程中的应用与改进》-国家电力公司电力建设研究所吴川林

工业使用效果

硅酸铝耐火纤维具有容重(密度)轻、导热系数小、使用温度高、抗热震性能好和蓄热少等优良性能，从而工业炉窑作为耐火隔热材料得到日益广泛的应用。以前由于成本高，只限于在800℃以上的设备上应用，近来由于生产量的发展，成本有所下降，加上火电厂400℃使用除硅酸钙外，还没有其它合适的材料，所以近来在电厂使用不断上升，而节能效果上也是很显著的。采用硅酸铝纤维及制品，耐温、保温性能优于硅酸钙制品、岩棉制品和泡沫石棉等。但经经济分析，造价较硅酸钙保温结构、硅酸铝硅酸钙保温结构高。如以某电厂一台30万千瓦机组主蒸汽及再热汽热段管道为例，全部采用硅酸铝保温结构方案比全部硅酸钙价高21．4万元，比内层用硅酸铝毯价高7．4万元。