高吸水性高分子材料PPT课件
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11
尿不湿吸水前后的变化
吸水前
吸水后
12
你了解“尿不湿”的材料吗？它应该有什么性能？
“尿不湿”起作用的物质是一种功能高分子材料， 具有很强的吸水能力。它所用的材料是高吸水性树脂 （常用网状结构的聚丙烯酸钠) 聚丙烯酸钠如何合成？
CH2=CHCOOH
CH2=CHCOONa
加交联剂得网状结构
13
吸水机理
Leabharlann Baidu
吸水性 最多几十倍水
百倍到几千倍水
保水性 遭受外力易挤出水 结论 良好吸水性 用 途 十分有限
遭受外力不挤出水
优异吸水性、 保水性
惊人效益
21
上世纪70年代发展起来的亲水隐形眼镜具有 特点：吸收相当于自重80%水，才变得柔软、 透气、舒适、戴时长
制备隐形眼镜所用的原料主要是 丙烯酸羟乙酯 （CH2=CHCOOCH2 CH2OH）
3
4
强吸水能力的功能高分子材料：如无土栽培、改良土 壤、改造沙漠等。
保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，
反复吸水、释水—— “微型水库”。同时，它还能吸收肥料、
农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于
农业、林业、园艺、建筑等。
5
6
高吸水性树脂
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。由于氰基的水解不易彻底，产品中 亲水基团含量较低，故这类产品的吸水倍率 不太高，一般在500～1000倍左右。
7
《时代周刊》评出20世纪最伟大的 100项发明，其中“尿不湿” 榜上有名
为什么“尿不湿” 能评为20世纪最伟大的100
2、保水性：高吸水性树脂吸收水就溶胀为凝胶状， 高分子网络被扩展而具有一定的弹性，在加压下 也挤不出水来，而且吸水性树脂可与环境水份保 持平衡。
18
3、吸水状态的凝胶强度 树脂具有一定的交联密度，故凝胶强度高，不易破碎。 4、吸氨性 高分子树脂是含羧基的阴离子聚合物，由于部分羧基
被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。
24
c. 提高种子发芽率。
• 高吸水性树脂可用于保护蔬菜、大豆、小 麦、玉米等种子所需要的水分，提高发芽 率5～10％，增产5～30％。如将树脂与草 籽拌种，会大大提高飞机插种植草的成活 率。
25
d. 果、蔬保鲜剂。
• 水果、蔬菜在一般条件下难以保鲜。现用 高吸水性树脂开发出一种可调节水分的包 装薄膜，用于包装水果、蔬菜，可在一定 程度上调节局部体系的气氛、湿度，从而 有效地控制水果、蔬菜的呼吸代谢，保鲜 效果很好。
这样高分子链间出现纯溶剂区，部分Na+,向
纯溶剂区扩散，导致高分子链上带净电荷，
静电斥力使高分子网束扩展，大量水分子封
存在高分子网内，因为受网络结构束缚，水
分子运动受到限制，阻挡失水。
15
吸水前
吸水后
高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构
为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，
耐挤压。
16
吸水性高分子
19
传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？
纤维素的结构简式
纤维素链
OH
O
H
OH
亲水基
OH
OH
O
O
O
H
HH
H H
H
O
O
H
HH
H
发现其每个链节上都有—OH，它是一种亲水基
20
小结：
传统吸水性材料
吸水性高分子材料
种类
纸、棉布(纤维素)、动 物胶、海绵、泡沫塑料
聚丙烯酸钠等
吸收与自重等量或 吸收相当于自重几
高吸水性树脂的结构特征： a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、
羧基，能够与水分子形成氢键；
b.树脂具有交联结构；
c.聚合物内部具有较高的离子浓度；
d.聚合物具有较高的分子量。
17
高吸水性树脂的基本特征
• 1、吸水性：吸水量为其重量的500-1000倍，最 大可达到5300倍。
交联度很重要：未交联的聚合物是水溶性的无吸水 性，如果交联度过大，网络空间减小，会降低吸 水能力。
项发明呢?最初是为谁专门设计的呢？
8
美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决 宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿” 的发明人，后来他被誉为美国“太空服之父”。
美国从1959起甄选的7位宇航员合影
太空服之父——唐鑫源
9
“神舟”系列上天的航天员都使用了“尿不湿”
航天员专用“尿不湿”1克能吸收约1000克水 ，
吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”
10
“尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！现 在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的， 更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜 达，以保护公共卫生。
资料显示： 1987年，英国 一次性尿布销 售利润达2亿英 镑。设想一下 我们中国这样 一个人口大国， 利润有多么惊 人！
具有选择分离功能的高分子材料
1
• 1、高吸水性高分子材料； • 2、离子交换树脂
2
功能高分子材料：指在高分子链上接上带有 某种功能的宫能团，使其在物理、化学、生 物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料。 几种功能高分子材料的应用: （1）高吸水性材料— 亲水性高聚物
（分子链带有许多亲水原子团）
旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿等
22
高吸水性树脂的应用开发
（1）农业应用方面 a. 土壤保水剂、改良剂。由于高吸水性树脂
具有惊人的吸水性和保水性，因而可用作 土壤保水剂。在天旱、水土流失严重的土 壤中添加少量此类树脂，即能改善土壤的 湿度及透气性，现已在阿拉伯沙漠中应用。
23
b. 植物幼苗移植用保水剂。
• 将移植树苗的根部在含1％高吸水性树脂的 凝胶中处理后，大大延长了移植保存期， 并提高了树苗成活率。它还可用于提高蔬 菜等其它农作物幼苗移植成活率，如烟草 在移栽过程中使用淀粉吸水树脂可提高成 活率30％左右。目前在国外市场上已有专 供植树用的保水剂出售。
• 基于高分子电解质的离子网络理论：在高 分子电解质的立体网络构造的分子间，存 在可移动的离子对，由于显示高分子电解 质电荷吸引力强弱的可移动离子浓度，在 高吸水性树脂的内侧比外侧高，即产生渗 透压。
• 渗透压及水和高分子电解质之间的亲和力， 产生了异常的吸水现象。
14
实例：含羧酸钠盐的高吸水性树脂在未接触 水时是固态网络，与水接触后亲水基与水作 用，水渗入树脂内部，羧酸基解离成羧酸根 和Na+,羧酸根不能往水中扩散， Na+也不能 自由渗入水中，这样网络内外有渗透压，使 水分子渗入网络内。
尿不湿吸水前后的变化
吸水前
吸水后
12
你了解“尿不湿”的材料吗？它应该有什么性能？
“尿不湿”起作用的物质是一种功能高分子材料， 具有很强的吸水能力。它所用的材料是高吸水性树脂 （常用网状结构的聚丙烯酸钠) 聚丙烯酸钠如何合成？
CH2=CHCOOH
CH2=CHCOONa
加交联剂得网状结构
13
吸水机理
Leabharlann Baidu
吸水性 最多几十倍水
百倍到几千倍水
保水性 遭受外力易挤出水 结论 良好吸水性 用 途 十分有限
遭受外力不挤出水
优异吸水性、 保水性
惊人效益
21
上世纪70年代发展起来的亲水隐形眼镜具有 特点：吸收相当于自重80%水，才变得柔软、 透气、舒适、戴时长
制备隐形眼镜所用的原料主要是 丙烯酸羟乙酯 （CH2=CHCOOCH2 CH2OH）
3
4
强吸水能力的功能高分子材料：如无土栽培、改良土 壤、改造沙漠等。
保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，
反复吸水、释水—— “微型水库”。同时，它还能吸收肥料、
农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于
农业、林业、园艺、建筑等。
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高吸水性树脂
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。由于氰基的水解不易彻底，产品中 亲水基团含量较低，故这类产品的吸水倍率 不太高，一般在500～1000倍左右。
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《时代周刊》评出20世纪最伟大的 100项发明，其中“尿不湿” 榜上有名
为什么“尿不湿” 能评为20世纪最伟大的100
2、保水性：高吸水性树脂吸收水就溶胀为凝胶状， 高分子网络被扩展而具有一定的弹性，在加压下 也挤不出水来，而且吸水性树脂可与环境水份保 持平衡。
18
3、吸水状态的凝胶强度 树脂具有一定的交联密度，故凝胶强度高，不易破碎。 4、吸氨性 高分子树脂是含羧基的阴离子聚合物，由于部分羧基
被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。
24
c. 提高种子发芽率。
• 高吸水性树脂可用于保护蔬菜、大豆、小 麦、玉米等种子所需要的水分，提高发芽 率5～10％，增产5～30％。如将树脂与草 籽拌种，会大大提高飞机插种植草的成活 率。
25
d. 果、蔬保鲜剂。
• 水果、蔬菜在一般条件下难以保鲜。现用 高吸水性树脂开发出一种可调节水分的包 装薄膜，用于包装水果、蔬菜，可在一定 程度上调节局部体系的气氛、湿度，从而 有效地控制水果、蔬菜的呼吸代谢，保鲜 效果很好。
这样高分子链间出现纯溶剂区，部分Na+,向
纯溶剂区扩散，导致高分子链上带净电荷，
静电斥力使高分子网束扩展，大量水分子封
存在高分子网内，因为受网络结构束缚，水
分子运动受到限制，阻挡失水。
15
吸水前
吸水后
高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构
为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，
耐挤压。
16
吸水性高分子
19
传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？
纤维素的结构简式
纤维素链
OH
O
H
OH
亲水基
OH
OH
O
O
O
H
HH
H H
H
O
O
H
HH
H
发现其每个链节上都有—OH，它是一种亲水基
20
小结：
传统吸水性材料
吸水性高分子材料
种类
纸、棉布(纤维素)、动 物胶、海绵、泡沫塑料
聚丙烯酸钠等
吸收与自重等量或 吸收相当于自重几
高吸水性树脂的结构特征： a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、
羧基，能够与水分子形成氢键；
b.树脂具有交联结构；
c.聚合物内部具有较高的离子浓度；
d.聚合物具有较高的分子量。
17
高吸水性树脂的基本特征
• 1、吸水性：吸水量为其重量的500-1000倍，最 大可达到5300倍。
交联度很重要：未交联的聚合物是水溶性的无吸水 性，如果交联度过大，网络空间减小，会降低吸 水能力。
项发明呢?最初是为谁专门设计的呢？
8
美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决 宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿” 的发明人，后来他被誉为美国“太空服之父”。
美国从1959起甄选的7位宇航员合影
太空服之父——唐鑫源
9
“神舟”系列上天的航天员都使用了“尿不湿”
航天员专用“尿不湿”1克能吸收约1000克水 ，
吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”
10
“尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！现 在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的， 更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜 达，以保护公共卫生。
资料显示： 1987年，英国 一次性尿布销 售利润达2亿英 镑。设想一下 我们中国这样 一个人口大国， 利润有多么惊 人！
具有选择分离功能的高分子材料
1
• 1、高吸水性高分子材料； • 2、离子交换树脂
2
功能高分子材料：指在高分子链上接上带有 某种功能的宫能团，使其在物理、化学、生 物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料。 几种功能高分子材料的应用: （1）高吸水性材料— 亲水性高聚物
（分子链带有许多亲水原子团）
旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿等
22
高吸水性树脂的应用开发
（1）农业应用方面 a. 土壤保水剂、改良剂。由于高吸水性树脂
具有惊人的吸水性和保水性，因而可用作 土壤保水剂。在天旱、水土流失严重的土 壤中添加少量此类树脂，即能改善土壤的 湿度及透气性，现已在阿拉伯沙漠中应用。
23
b. 植物幼苗移植用保水剂。
• 将移植树苗的根部在含1％高吸水性树脂的 凝胶中处理后，大大延长了移植保存期， 并提高了树苗成活率。它还可用于提高蔬 菜等其它农作物幼苗移植成活率，如烟草 在移栽过程中使用淀粉吸水树脂可提高成 活率30％左右。目前在国外市场上已有专 供植树用的保水剂出售。
• 基于高分子电解质的离子网络理论：在高 分子电解质的立体网络构造的分子间，存 在可移动的离子对，由于显示高分子电解 质电荷吸引力强弱的可移动离子浓度，在 高吸水性树脂的内侧比外侧高，即产生渗 透压。
• 渗透压及水和高分子电解质之间的亲和力， 产生了异常的吸水现象。
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实例：含羧酸钠盐的高吸水性树脂在未接触 水时是固态网络，与水接触后亲水基与水作 用，水渗入树脂内部，羧酸基解离成羧酸根 和Na+,羧酸根不能往水中扩散， Na+也不能 自由渗入水中，这样网络内外有渗透压，使 水分子渗入网络内。