超強吸水高分子材料

會計學1超強吸水高分子材料2023/1/19高分子吸附劑的定義是一種具有物質傳遞功能的高分子材料利用高分子材料與被吸附物質之間的物理或者化學作用，使兩者發(fā)生暫時或者永久性結合，進而發(fā)生各種功效物理或者化學作用包括物理吸附，范德華力，靜電力，配位鍵及離子鍵的形成第1頁/共46頁2023/1/19第2頁/共46頁2023/1/19ClassificationAccordingtothesource天然NaturalAbsorbentpolymericmaterialsalwaysbiodegradable改性淀粉，纖維素，殼聚糖（Modifiedstarch，cellulose,chitosan）合成SyntheticAbsorbentpolymericmaterials離子交換樹脂（聚苯乙烯骨架）ionexchangeresin高分子螯合劑（骨架含O，N，P，S，可與金屬形成配位鍵）polymericchelator高吸水樹脂（骨架上含親水基團，如-OH，-COOH，COOM，-NH2等）Superwater-absorbentresin第3頁/共46頁2023/1/19第4頁/共46頁2023/1/19Moleculararchitecturedesign引入不同官能團調節(jié)極性Polarity調整交聯度(Cross-linkingdegree)改善溶脹性(swellingcapacity)調節(jié)制備工藝以制備多規(guī)格多孔材料(Poresizeanddensity)第5頁/共46頁2023/1/19第6頁/共46頁2023/1/19第7頁/共46頁2023/1/19第8頁/共46頁2023/1/19第9頁/共46頁2023/1/19第10頁/共46頁2023/1/19SuperAbsorbentPolymer超強吸水高分子材料第11頁/共46頁2023/1/19超強吸水高分子材料優(yōu)點用途一、吸水原理二、分類三、基本結構四、SAP結構五、合成高吸水分子中一些重要術語六、接枝共聚反應實例第12頁/共46頁2023/1/19高吸水性樹脂(SuperAbsorbentPolymer簡稱SAP)也稱為高吸水性樹脂、超強吸水劑、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。高吸水性樹脂第13頁/共46頁2023/1/19既然安上super這個頭銜,那我們就要看看它們和傳統吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料SAP超強吸水高分子材料綜述第14頁/共46頁2023/1/19吸水能力高:可達自身重量的幾百倍至幾千倍。SAP優(yōu)點吸水前吸水后超強吸水高分子材料綜述第15頁/共46頁2023/1/19SAP優(yōu)點保水能力高:即使受壓也不易失水超強吸水高分子材料綜述第16頁/共46頁2023/1/19用途超強吸水高分子材料綜述第17頁/共46頁2023/1/19用途植物養(yǎng)護泥各式吸潮劑超強吸水高分子材料綜述第18頁/共46頁2023/1/19第19頁/共46頁SAP是怎樣吸水的？第20頁/共46頁一、吸水原理1.吸水實質化學吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。毛細管的吸附原理。有壓力時水會流出。通過化學鍵的方式把水和親水性物質結合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出。第21頁/共46頁H2O階段2吸水樹脂的離子型網絡2.SAP的吸水原理網絡內外產生滲透壓,水份進一步滲入.階段1

較慢。通過毛細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絡擴張。

交聯點（內）（外）第22頁/共46頁

隨著吸水量的增大,網絡內外的滲透壓差趨向于零;而網絡擴張的同時,其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達到吸水平衡。階段3吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖

第23頁/共46頁SAP有哪些種類？第24頁/共46頁SAP合成高分子系淀粉系纖維素系二、分類甲殼質衍生物第25頁/共46頁聚丙烯酸類聚丙烯酸鈉交聯物丙烯酸—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第26頁/共46頁淀粉類淀粉—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物其它其它多糖類(瓊脂糖、殼多糖)、蛋白質類等天然高分子加工產物第27頁/共46頁制造SAP的原料是怎樣的？第28頁/共46頁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，產量最大。類別聚丙烯酸（鹽）類

聚乙烯醇類比較

吸水性強，工藝成熟，合成方法多樣。

吸水倍率不及聚丙烯酸類,但它的特點是吸水速度快,2～3分鐘內即可達到飽和吸水量的一半。三、基本結構第29頁/共46頁線型聚丙烯酸結構示意圖

合成超高吸水高分子材料第30頁/共46頁80年代我國開始了對淀粉系高吸水性樹脂的研究。超強吸水劑的研究起源于淀粉系，美國北方農業(yè)省研究所從淀粉接枝丙烯腈開始，接著于1966年完成該項研究，并投入生產。淀粉系超高吸水高分子材料直鏈淀粉支鏈淀粉淀粉結構第31頁/共46頁纖維素系超高吸水高分子材料纖維素結構第32頁/共46頁區(qū)別與聯系

淀粉系纖維素系合成系價格低廉、生物降解性能好抗霉解性優(yōu)工藝簡單，吸水、保水能力強吸水速度較快耐水解，吸水后凝膠強度大，保水性強.抗菌性好.但可降解性差.適用于工業(yè)生產缺點

合成工藝復雜，易腐敗，耐熱性不佳，吸水后凝膠強度低，長期保水性差，耐水解性較差。優(yōu)點

儲量豐富，可不斷再生，成本低;無毒且能微生物分解，可減少對環(huán)境的污染。共同點

均是葡萄糖的多聚體，可以采用相類似的單體、引發(fā)劑、交聯劑進行吸水樹脂的制備第33頁/共46頁甲殼質衍生物第34頁/共46頁SAP的結構怎樣？第35頁/共46頁四、SAP結構

主鏈或側鏈上含有親水性基團，如

-ＳＯ3Ｈ、-ＣＯＯＨ、-ＣＯＮＨ2、-ＯＨ等

吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ

低交聯度的三維網絡。網絡的骨架可以是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹脂(如聚丙烯酸類）。從化學結構看：從物理結構看：第36頁/共46頁第37頁/共46頁淀粉－聚丙烯酸鈉接枝聚合物模型圖微觀結構多孔網狀結構第38頁/共46頁術語

解釋

影響引發(fā)劑

引發(fā)自由基聚合反應

用量：一般為單體的0.01~0.8%

用量過多：網絡變小吸水率用量過少：可溶部分增多吸水率交聯劑

令聚合物鏈相互交聯決定了樹脂空間網絡的大小

用量：一般為0.2～0.8%

用量過多：網絡收縮吸水率用量太少：樹脂溶解度吸水率五、合成高吸水分子中一些重要術語第39頁/共46頁如何制備高吸水性樹脂第40頁/共46頁天然產物的接枝改性第41頁/共46頁纖維素接枝共聚反應過程第42