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1、高吸水性高分子材料呂巖1411093004Superabsorbentpolymer高吸水性高分子材料概述制備應(yīng)用一.高吸水性高分子材料的概述高吸水性高分子材料(SuperAbsorbentPolymer簡(jiǎn)稱SAP)主要指高吸水性樹脂，也稱為超強(qiáng)吸水劑、高吸水性聚合物，是一種具有優(yōu)異吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。保水能力高:即使受壓也不易失水。而普通吸水材料一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。吸水能力高:可達(dá)自身重量的幾百倍至幾千倍。普通吸水材料吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為自身重量的20倍左右，SAP的優(yōu)點(diǎn)與普通吸水材料比較20世紀(jì)
2、60年代，高吸水保水高分子材料萌芽,吸水能力為自重的10～30倍。20世紀(jì)50年代，保羅·弗洛里通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，建立了高分子凝膠吸水理論，也稱Flory吸水理論，為高分子吸水保水材料的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.高吸水高分子材料的發(fā)展20世紀(jì)60年代中期高吸水保水高分子材料開始了它的新紀(jì)元吸水能力300－1000g/g20世紀(jì)60年代末－70年代初美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)開展了大量研究20世紀(jì)80年開始采用天然產(chǎn)物的衍生物制備高吸水材料我國(guó)高吸水高分子材料研究進(jìn)展20世紀(jì)80年代起步起步晚！主要參與單位：化學(xué)所、長(zhǎng)春應(yīng)化所、廣化所、武漢大學(xué)、華東理工、四川
3、大學(xué)、北京化工大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工、天津大學(xué)、西安交大、湘潭大學(xué)等40多個(gè)科研單位差距：論文多，專利技術(shù)少2.高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a.分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；不被溶解成溶液；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；d.聚合物具有較高的分子量，機(jī)械強(qiáng)度增加。淀粉－聚丙烯酸鈉接枝聚合物模型圖微觀結(jié)構(gòu)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)3.高吸水性樹脂的分類SAP合成高分子系淀粉系甲殼質(zhì)衍生物纖維素系超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系，美國(guó)北方農(nóng)業(yè)省研究所從淀粉接枝丙烯腈開始，接著于1966年完成該項(xiàng)研究，并投入生產(chǎn)。淀粉系超高吸水高
4、分子材料直鏈淀粉支鏈淀粉淀粉結(jié)構(gòu)甲殼質(zhì)衍生物纖維素系超高吸水高分子材料纖維素結(jié)構(gòu)淀粉類淀粉—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纖維素類纖維素接枝共聚物纖維素衍生物交聯(lián)物其它其它多糖類(瓊脂糖、殼多糖)、蛋白質(zhì)類等天然高分子加工產(chǎn)物合成超高吸水高分子材料目前主要分為聚丙烯酸（鹽），聚乙烯醇兩大類。其中，聚丙烯酸（鹽）類的研究最多，產(chǎn)量最大。類別聚丙烯酸（鹽）類聚乙烯醇類比較吸水性強(qiáng)，工藝成熟，合成方法多樣。吸水倍率不及聚丙烯酸類,但它的特點(diǎn)是吸水速度快,2～3分鐘內(nèi)即可達(dá)到飽和吸水量的一半。線型聚丙烯酸結(jié)構(gòu)示意圖合成超高吸水高
5、分子材料聚丙烯酸類聚丙烯酸鈉交聯(lián)物丙烯酸—乙烯醇共聚物丙烯腈聚合皂化物其它聚乙烯醇類聚乙烯醇交聯(lián)聚合物乙烯醇—其它親水性單體接枝共聚物其它純合成高分子區(qū)別與聯(lián)系淀粉系纖維素系合成系價(jià)格低廉、生物降解性能好抗霉解性優(yōu)工藝簡(jiǎn)單，吸水、保水能力強(qiáng)吸水速度較快耐水解，吸水后凝膠強(qiáng)度大，機(jī)械強(qiáng)度較高，熱穩(wěn)定性好，保水性強(qiáng).抗菌性好.可進(jìn)行大工業(yè)生產(chǎn)，但生產(chǎn)成本較高，吸水率偏低。缺點(diǎn)合成工藝復(fù)雜，易腐敗，耐熱性不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)期保水性差，耐水解性較差。優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)量豐富，可不斷再生，成本低;無(wú)毒且能微生物分解，可減少對(duì)環(huán)境的污染。共同點(diǎn)均是葡萄糖的多聚體，可以采用
6、相類似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行吸水樹脂的制備4.高吸水性樹脂的作用機(jī)制吸水實(shí)質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。毛細(xì)管的吸附原理。有壓力時(shí)水會(huì)流出。通過(guò)化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個(gè)整體。加壓也不能把水放出。1.H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.SAP的吸水原理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水份進(jìn)一步滲入.階段1較慢。通過(guò)毛細(xì)管吸附和分散作用吸水。水分子通過(guò)氫鍵與樹脂的親水基團(tuán)作用,親水基團(tuán)離解,離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。（內(nèi)）（外）隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時(shí),其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子
7、的靜電排斥,最終達(dá)到吸水平衡。階段3吸水劑微球吸水過(guò)程的體積變化示意圖5.影響高吸水性樹脂性能的因素1.樹脂化學(xué)構(gòu)成的影響親水性基團(tuán)大量可離子化基團(tuán)2.聚合物的鏈段結(jié)構(gòu)的影響適度交聯(lián)結(jié)構(gòu)3.外部影響因素水溶液的組成，溫度，壓力原料糊化通氮凈化硝酸鈰胺硝酸丙烯腈氫氧化鈉溶液離心中和產(chǎn)品粉碎調(diào)PH干燥淀粉與丙烯腈制造實(shí)例二.高吸水性樹脂的制備方法纖維素接枝共聚反應(yīng)過(guò)程制造SAP的新方法——微波法高效節(jié)能，無(wú)環(huán)境污染加熱速度快、均勻、有選擇性、無(wú)滯后效應(yīng)紙漿纖維2.5～3.5min單體丙烯酸三.高吸水樹脂的應(yīng)用1.在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用作為土壤的改良劑和保水劑,可以改
8、善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),增加土壤的透氣性和透水性，現(xiàn)已被許多國(guó)家用來(lái)治理
