第四章超强吸水高分子材料.

AbsorbentpolymerSuper第四章AbsorbentpolymerSuper超强吸水高分子材料吸水原理分类基本结构SAP结构合成高吸水分子中一些重要术语接枝共聚反应实例AbsorbentpolymerSuper超强吸水高分子材料(SuperAbsorbentPolymer简称SAP)也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚合物，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。超强吸水高分子材料定义AbsorbentpolymerSuper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、插花材料等超强吸水高分子材料发展AbsorbentpolymerSuper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普通吸水材料SAP超强吸水高分子材料综述AbsorbentpolymerSuper吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。SAP优点吸水前吸水后超强吸水高分子材料综述AbsorbentpolymerSuperSAP优点保水能力高:即使受压也不易失水超强吸水高分子材料综述AbsorbentpolymerSuper用途超强吸水高分子材料综述AbsorbentpolymerSuper用途植物养护泥各式吸潮剂超强吸水高分子材料综述AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuper一、吸水原理1、吸水实质化学吸附物理吸附棉花、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。AbsorbentpolymerSuperH2O吸水树脂的离子型网络2.SAP的吸水原理网络内外产生渗透压,水份进一步渗入.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。交联点（内）（外）AbsorbentpolymerSuper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AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuperSAP合成高分子系淀粉系纤维素系二、分类甲壳质衍生物AbsorbentpolymerSuper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纯合成高分子AbsorbentpolymerSuper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)、蛋白质类等天然高分子加工产物AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuper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。类别聚丙烯酸（盐）类聚乙烯醇类比较吸水性强，工艺成熟，合成方法多样。吸水倍率不及聚丙烯酸类,但它的特点是吸水速度快,2～3分钟内即可达到饱和吸水量的一半。三、基本结构AbsorbentpolymerSuper线型聚丙烯酸结构示意图CH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOHCH2CHCOOH合成超高吸水高分子材料AbsorbentpolymerSuper80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。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。淀粉系超高吸水高分子材料直链淀粉支链淀粉淀粉结构OHOHHOHOHHOHOOHHOOHHHHOHOOHHOOHOHHOHAbsorbentpolymerSuper纤维素系超高吸水高分子材料OOOOOOO纤维素结构AbsorbentpolymerSuper区别与联系淀粉系纤维素系合成系价格低廉、生物降解性能好抗霉解性优工艺简单，吸水、保水能力强吸水速度较快耐水解，吸水后凝胶强度大，保水性强.抗菌性好.但可降解性差.适用于工业生产缺点合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳，吸水后凝胶强度低，长期保水性差，耐水解性较差。优点储量丰富，可不断再生，成本低;无毒且能微生物分解，可减少对环境的污染。共同点均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树脂的制备比较AbsorbentpolymerSuper甲壳质衍生物AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuper四、SAP结构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(如聚丙烯酸类）。从化学结构看：从物理结构看：AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuper淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图微观结构多孔网状结构AbsorbentpolymerSuper术语解释影响引发剂引发自由基聚合反应用量：一般为单体的0.01~0.8%用量过多：网络变小吸水率用量过少：可溶部分增多吸水率交联剂令聚合物链相互交联决定了树脂空间网络的大小用量：一般为0.2～0.8%用量过多：网络收缩吸水率用量太少：树脂溶解度吸水率五、合成高吸水分子中一些重要术语AbsorbentpolymerSuperAbsorbentpolymerSuperOOOHOCH2OHn-2OCH2OHOOHOOHn-2活化17.5%NaOHmCH2CHCNK+盐引发剂CH2CHCNmOH天然产物的接枝改性AbsorbentpolymerSuper水解OOOHOCH2OHOHn-2CH2CH2HNOCyCH2CHCOONax中和湿料沉析烘干粉碎纤维素吸水树脂干料NaOHAbsorbentpolymerSuper原料糊化通氮净化离心中和产品粉碎调PH干燥淀粉与丙烯腈制造实例AbsorbentpolymerSuper制造SAP的新方法——微波法高效节能，无环境污染加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应纸浆纤维单体丙烯酸AbsorbentpolymerSuper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？