超強(qiáng)吸水高分子材料分析課件

SuperAbsorbentPolymer超強(qiáng)吸水高分子材料超強(qiáng)吸水高分子材料優(yōu)點(diǎn)用途一、吸水原理二、分類三、基本結(jié)構(gòu)四、SAP結(jié)構(gòu)五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語(yǔ)六、接枝共聚反應(yīng)實(shí)例高吸水性樹(shù)脂(SuperAbsorbentPolymer簡(jiǎn)稱SAP)也稱為高吸水性樹(shù)脂、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。高吸水性樹(shù)脂既然安上super這個(gè)頭銜,那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料SAP超強(qiáng)吸水高分子材料綜述吸水能力高:可達(dá)自身重量的幾百倍至幾千倍。SAP優(yōu)點(diǎn)吸水前吸水后超強(qiáng)吸水高分子材料綜述SAP優(yōu)點(diǎn)保水能力高:即使受壓也不易失水超強(qiáng)吸水高分子材料綜述用途超強(qiáng)吸水高分子材料綜述SAP的結(jié)構(gòu)怎樣？四、SAP結(jié)構(gòu)

主鏈或側(cè)鏈上含有親水性基團(tuán)，如

-ＳＯ3Ｈ、-ＣＯＯＨ、-ＣＯＮＨ2、-ＯＨ等

吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ低交聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的骨架可以是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹(shù)脂(如聚丙烯酸類）。1）從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：2）從物理結(jié)構(gòu)看：3）內(nèi)部有濃度高的離子性基團(tuán)，保證內(nèi)部有高的離子濃度，從而有高的滲透壓。4）聚合物分子量較高，分子量增加，吸水后的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)較高，吸水能力也會(huì)高一些。SAP有哪些種類？SAP合成高分子系淀粉系纖維素系二、分類甲殼質(zhì)衍生物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、聚丙烯酰胺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)物親水基團(tuán)上分離子型（多以羧酸鹽基團(tuán)）非離子型（羥基、醚鍵和氨基）結(jié)構(gòu)外型分粉末、纖維、顆粒、薄膜SAP是怎樣吸水的？一、吸水原理1.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。H2O階段2吸水樹(shù)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(shù)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(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。

交聯(lián)點(diǎn)（內(nèi)）（外）吸收大量水而不流失是基于材料的親水性、溶脹性和保水性。1）親水溶脹2）離子化保持滲透壓

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

3）交聯(lián)骨架防止溶解達(dá)到平衡最大吸水量-可用24小時(shí)吸水量表示。SAP吸水性能的影響因素？

1）樹(shù)脂化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響首先要含有大量的強(qiáng)親水性基團(tuán)，這樣可使水與聚合物間的作用大于聚合物之間的作用力，因而后者易于吸水而溶脹。其次，分子中要含有大量的可離子化的基團(tuán)，從而在溶脹后可以提供較大滲透壓。

2）樹(shù)脂鏈段結(jié)構(gòu)的影響這是為了解決保水的問(wèn)題，適度的交聯(lián)度可以使溶脹不至于溶解，對(duì)吸收的水起到封閉作用，使吸水后樹(shù)脂凝膠保持一定機(jī)械強(qiáng)度。但交聯(lián)度不能太高，太高將限制樹(shù)脂的溶脹。3）外部因素的影響水中鹽濃度、溫度（影響水表面張力）和壓力。制造SAP的原料是怎樣的？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

合成超高吸水高分子材料80年代我國(guó)開(kāi)始了對(duì)淀粉系高吸水性樹(shù)脂的研究。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(kāi)始，接著于1966年完成該項(xiàng)研究，并投入生產(chǎn)。淀粉系超高吸水高分子材料直鏈淀粉支鏈淀粉淀粉結(jié)構(gòu)纖維素系超高吸水高分子材料纖維素結(jié)構(gòu)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，保水性強(qiáng).抗菌性好.但可降解性差.適用于工業(yè)生產(chǎn)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，可以采用相類似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行吸水樹(shù)脂的制備甲殼質(zhì)衍生物如何制備高吸水性樹(shù)脂術(shù)語(yǔ)解釋影響引發(fā)劑引發(fā)自由基聚合反應(yīng)用量：一般為單體的0.01~0.8%

用量過(guò)多：

網(wǎng)絡(luò)變小吸水率用量過(guò)少：可溶部分增多吸水率交聯(lián)劑令聚合物鏈相互交聯(lián)決定了樹(shù)脂空間網(wǎng)絡(luò)的大小用量：一般為0.2～0.8%

用量過(guò)多：網(wǎng)絡(luò)收縮

吸水率用量太少：樹(shù)脂溶解度吸水率合成高吸水分子中一些重要術(shù)語(yǔ)天然產(chǎn)物的接枝改性淀粉接枝共聚反應(yīng)過(guò)程纖維素接枝共聚反應(yīng)過(guò)程纖維素接枝