高吸水性樹脂課件

高吸水性樹脂彩色花泥

由于上述的奇特性能，高吸水性樹脂引起了人們較大的興趣。問世30多年來，發(fā)展極其迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如在石油、化工、等部門中被用作堵水劑、脫水劑、等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料等；在農(nóng)業(yè)部門中用作土壤改良劑等。在日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。高吸水性樹脂是一類高分子電解質(zhì)。水中鹽類物質(zhì)的存在會顯著影響樹脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性樹脂對含鹽液體（如尿液，血液、肥料水等）的吸收能力，將是今后高吸水性樹脂研究工作中的一個重要課題。此外，對高吸水性樹脂吸水機理的理論研究工作也將進(jìn)一步開展，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。

高吸水性樹脂定義

高吸水性樹脂(SuperAbsorbentPolymer，簡稱SAP)是一種新型的功能高分子材料,是一種含有羥基、羧基等強親水性基團并具有一定交聯(lián)度的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新型功能高分子材料，它具有超強的吸水保水能力，廣泛應(yīng)用林、園藝、工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等各個領(lǐng)域。它無毒無害，反復(fù)釋水、吸水，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫"。高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)與性能

結(jié)構(gòu)：

高分子骨架：適度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

吸水官能團:-COONa-SO3Na-CONH2

-CH2-NH2-CH2-OH-C≡N

--CH2—O—CH2---

樹脂骨架的立體結(jié)構(gòu)對吸水性能有影響吸水功能團的種類對吸水性能有很大的影響，如SO3Na和COONa最好，—OH，-C≡N較差。樹脂骨架：均勻的立體籠狀，高分子鏈柔性，籠網(wǎng)適當(dāng)大些，有利于高吸水性。吸水基種類：強電解質(zhì)，如SO3Na(k)、COONa(k)吸水基的數(shù)量和分布：數(shù)量越多越好，分布越均勻越好⑴吸水能力：

以每克吸水劑能吸收水的克數(shù)表示，或以吸水的重量是其自身重量的倍數(shù)表示。

吸水率是表征樹脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹脂吸收的水的重量。單位為g水/g樹脂。

（2）保水能力---吸水后再失水情況1、機械力作用的失水：如：將吸水的凝膠、用力擠壓、離心機離心，高分子吸水劑在這方面保水能力都是很強的。(例如米飯)2、光照、風(fēng)干等失水：高分子吸水劑吸水后得到的凝膠，在光照或風(fēng)干條件下均可失水，但比其它吸水劑失水慢。3

、被植物根系吸收的水分：這是吸水劑能用于林、農(nóng)方面的根本原因。高吸水性樹脂的分類分類方法類別按原料來源分類

淀粉類；纖維素類；合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系；聚乙烯醇系；聚氧乙烯系等。按親水基團引入方式分類

親水單體直接聚合；疏水性單體羧甲基化；疏水性聚合物用親水單體接枝；腈基、酯基水解。按交聯(lián)方法分類用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；輻射交聯(lián)；在水溶性聚合物中引入疏水基團或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類粉末狀；顆粒狀；薄片狀；纖維狀。淀粉類

淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式。一種是淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化合物水解引入親水性基團的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功；另一類是淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋化成公司首開先河的。淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點是原料來源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都在千倍以上。缺點是吸水后凝膠強度低，長期保水性差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。淀粉類樹脂的制備方法淀粉糊化→冷卻→接枝共聚→加壓水解→冷卻→酸化→離心分離→中和→干燥→成品包裝。（四價鈰為引發(fā)劑，三氯化鋁為交聯(lián)劑）18合成樹脂系高吸水性樹脂合成樹脂系高吸水性樹脂目前的種類很多。主要有丙烯酸(鹽)類、丙烯腈類、聚乙烯醇類等。其中以聚丙烯酸(鹽)類最重要。以甘油為交聯(lián)劑，聚丙烯酸鈉鹽進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)為例，其產(chǎn)物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)如下：（2）聚丙烯腈水解物

將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。（3）醋酸乙烯酯共聚物

將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸水性樹酯。這類樹脂在吸水后有較高的機械強度，適用范圍較廣。高親水性樹脂吸水原理較慢,通過毛細(xì)管吸附和分散作用吸水。水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團作用,親水基團離解,

離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴張。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)擴張的同時,其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達(dá)到吸水平衡。.階段1階段2階段3高吸水性樹脂的制備方法SAP的制備主要包括親水基團的引入（羧化）以及不溶化處理（交聯(lián)）。制備方法有本體聚合法、溶液聚合法、懸浮及反相懸浮聚合法、乳液及反相乳液合成法、輻射聚合法等。影響因素吸水功能基數(shù)目增多,吸水率增大。同時,當(dāng)單體濃度增加到一定程度時,影響功能基數(shù)目的減少,使吸水率降低增加氫氧化鈉用量,接枝鏈上-COOH轉(zhuǎn)成-COONa的數(shù)量隨著增加,吸水能力提高。但是中和度過高時,吸水能力下降引發(fā)劑濃度的增加,接枝率增加,吸水率隨之提高。但當(dāng)引發(fā)劑濃度比較大時,接枝率下降,導(dǎo)致相對分子質(zhì)量減少,吸水率也隨之降低溫度升高使接枝反應(yīng)容易發(fā)生，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到一定范圍時,接枝共聚下降,樹脂的吸水率亦下降單體用量中和度引發(fā)劑用量反應(yīng)溫度影響因素28

高吸水性樹脂的應(yīng)用

（1）日常生活:嬰兒一次性尿布、宇航員尿巾、婦女衛(wèi)生用品、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等。（2）農(nóng)林園藝：SAP保水劑廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等領(lǐng)域,可起到保水、節(jié)水、抗旱的作用。（3）醫(yī)藥領(lǐng)域：用于含水量大、使用舒適的外用軟膏，生產(chǎn)醫(yī)用繃帶及棉球，制造抗感染皮膚。（4）建材工業(yè)：SAP可用作混凝土添加劑,改善混凝土的性能，還可用于瀝青改性、防洪工程等。（5）食品工業(yè):包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等。（6）光電纜業(yè)：包括膨脹橡膠、電線和電纜用阻水帶、阻水紗、阻水油膏等。

研究方向雖然目前SAP的研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但其性能仍存在許多不足，特別是耐鹽性、吸水速率、強度還較低，給應(yīng)用帶來了困難。隨著SAP在農(nóng)業(yè)上的不斷發(fā)展，如何改善其緩/控釋肥性能及環(huán)境降解性也成為人們關(guān)注的問題。根據(jù)目前的狀況，今后研究和應(yīng)用SAP應(yīng)主要加強以下幾個方面的工作。展望

目前，國內(nèi)外研制的各種高吸水樹脂大部分對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，在鹽水中的吸水率卻降到1/50~1/10，這就造成其在實際應(yīng)用中大打折扣。因此要解決以上難題可從以下幾個方面進(jìn)行研究：（1）開發(fā)抗鹽性好的高吸水樹脂，擴大使用范圍。（2）目前國內(nèi)對高吸水樹脂研究中，大約90%以上是產(chǎn)品開發(fā)方面的，涉及高吸水樹脂基礎(chǔ)理論的研究很少。（3）研發(fā)新型的復(fù)合型高吸水樹脂利用無機或有機材料與高吸水樹脂物理混合或參與聚合反應(yīng)而制得的復(fù)合型高吸水樹脂。（4）采用新的引發(fā)方法，特別是微波輻射方法、紫外輻射方法實現(xiàn)其工業(yè)生產(chǎn)。（5）改進(jìn)工藝路線，符合世界研制綠色工藝產(chǎn)品，追求環(huán)境友好的發(fā)展趨勢。復(fù)合高吸水性樹脂概況高吸水性樹脂與其它材料復(fù)合開始于20世紀(jì)80年代,復(fù)合后可以有效地改善耐鹽性、吸水速率、凝膠強度、熱穩(wěn)定性、保水性等性能,達(dá)到了均聚物難以達(dá)到的效果,因此得到了迅速的發(fā)展。引入無機組分制備的有機-無機復(fù)合高吸水性樹脂,綜合了有機物和無機物的優(yōu)良性能,實現(xiàn)了材料的互補和優(yōu)化,可以有效地降低成本,有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

復(fù)合的無機成分和方法有機-無機復(fù)合高吸水性樹脂所用的無機成分主要是黏土類物質(zhì)，包括凹凸棒黏土、膨潤土、高嶺土、云母和蛭石等。復(fù)合方法主要包括：（1）親水性單體插層到黏土的層間，進(jìn)行原位聚合；（2）親水性單體與黏土顆粒表面的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，形成高分子網(wǎng)絡(luò)；（3）黏土顆粒表面的羥基產(chǎn)生自由基，引發(fā)親水性單體接枝聚合；（4）親水性單體與黏土表面通過氫鍵相互作用；（5）黏土顆粒物理填充在高吸水性樹脂的網(wǎng)絡(luò)中。復(fù)合高吸水性樹脂優(yōu)點復(fù)合類SAP具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，吸水性能好。同時它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。復(fù)合類SAP所得產(chǎn)品不易腐敗，還能改善制成薄膜狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)強度。復(fù)合成分的引入不僅大大降低了高吸水性樹脂的成本，而且也改善了高吸水性樹脂的吸水保水、耐鹽堿和重復(fù)使用等性能，同時也為非金屬礦的高值化應(yīng)用開辟了新的途徑。微波輻射法制備高吸水樹脂

微波是一種高頻率的電磁波，其頻率范圍約在300～300000MHz之間。它具有波動性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。

從1986年RGedye等對微波爐內(nèi)進(jìn)行的酯化、水解、氧化和親核取代反應(yīng)及Giguere等對蒽與馬來酸二甲酯的Diels2Alder環(huán)加成反應(yīng)的研究以來,微波已經(jīng)從有機合成中的應(yīng)用擴展到催化、無機固相反應(yīng)等領(lǐng)域中來。由于微波輻射頻率與分子的轉(zhuǎn)動頻率相近,分子吸收微波能量后,可以通過在分子中儲存微波能量與分子平動能量發(fā)生交換,也就是說通過改變分子排列等晗或熵效應(yīng)來降低反應(yīng)活化能;另一方面,也可能由于微波磁場轉(zhuǎn)換方向的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子中偶極矩轉(zhuǎn)向運動,從而導(dǎo)致分子間相互摩擦而發(fā)熱。微波輻射法制備高吸水樹脂優(yōu)點

微波輻射促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)技術(shù)是一種新興的高分子合成技術(shù),與傳統(tǒng)方法相比，微波輻射有很強的穿透力，能對被照物質(zhì)產(chǎn)生深層加熱作用，其反應(yīng)速度較傳統(tǒng)的加熱方法快數(shù)十倍甚至上千倍，這是由于微波頻率與化學(xué)基團的旋轉(zhuǎn)振動頻率接近,因此可以使分子構(gòu)象發(fā)生改變,活化某些基團,而對大分子鏈無損傷,大大加快反應(yīng)速度。微波的高頻對極性介質(zhì)進(jìn)行作用,可促進(jìn)單體或反應(yīng)液快速升溫,且加熱均勻,避免了傳統(tǒng)加熱方式加熱度慢、受熱不均勻等缺點，并且且具有操作方便、產(chǎn)率高及產(chǎn)品易純化。紫外法制備高吸水樹脂紫外概述紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱，不能引起人們的視覺。紫外線根據(jù)波長分為：近紫外線UVA，遠(yuǎn)紫外線UVB和超短紫外線UVC。紫外線對人體皮膚的滲透程度是不同的。紫外線的波長愈長，對人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過真皮，中波則可進(jìn)入真皮。紫外線的應(yīng)用化學(xué)：合成高吸水樹脂，涂料固化，顏料固化，光刻。如不飽和聚酯紫外線固化涂