高吸水性树脂.ppt

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1、高吸水性树脂SuperabsorbentPolymers高吸水性树脂是一类具有强亲水性和特殊吸湿能力的高聚物的总称。从结构上看，高吸水性树脂是含有大量的亲水性基团(如羧基、羟基、羧酸盐基、酰胺基等)的低交联度的三维空间网络，一方面具有高分子电解质的分子扩张性能，同时由于其微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张，所以可以吸收和保持自身重量几百甚至几千倍的水，而且在加压和加热下也不容易脱水。高吸水性树脂的两个显著特点：高吸水性和高保水性。高吸水性树脂应用广泛，主要应用于卫生用品、农业等方面，如土壤改良、农林园艺中育苗保苗等，使灌溉节水，并能提高农作物产量。高吸水性树脂概况高吸水性树脂分

2、类天然高分子加工产物淀粉-丙烯晴接枝聚合水解物淀粉-丙烯酸共聚物淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物其他淀粉类纤维素接枝共聚物纤维素类纤维素衍生物交联物其他纤维素类去其他多糖类:琼脂糖、壳多糖衍生物淀粉类纯合成高分子聚丙酸钠交联物丙烯酸或丙烯酸钠-乙烯醇共聚物（丙烯酸甲酯-醋酸乙烯共聚皂化物）丙烯晴聚合皂化物甲基丙烯酸羟乙基脂聚合物其他聚丙烯酸类聚乙烯醇交联聚合物聚乙烯醇类乙烯醇和其他亲水性单体接枝聚合物其他聚乙烯醇类其他合成高分子类：聚环氧乙烷系、丁烯和马来酸酐共聚物等聚丙烯酸SAP是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酰胺基、羟基等)的三维网状结构所组成。吸水时，首先是离子型亲水基团

3、在水分子的作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，而阳离子作为可移动离子在树脂内部以维持电中性。随着离解过程的进行，高分子链上的阴离子数增多，离子之间的静电斥力使得树脂溶胀；同时，树脂内部的阳离子浓度增大，网络内外的渗透压随之增大，使水进一步进入。随着吸水量的增大，树脂内部的阳离子浓度降低，树脂内外的渗透压渐渐趋近于零。树脂的网络扩张产生的弹性收缩力也增加，最终与阴离子的静电斥力相等达到吸水平衡，其中渗透压差是吸水的关键。SAP的溶胀（吸水）热力学理论弹性凝胶理论1953年，Flory从热力学的角度出发，运用弹性凝胶理论推出了SAP溶胀能力的数学表达式:式中Q为吸水率，S为外部溶剂的

4、离子强度，X1为Flory-Huggins的相互作用参数，V1为高分子的比容积，(1/2-X1)/V1表示对水的亲和力，Ve为交联单体单元的体积，V0为单体单元的总体积，Ve/V0表示交联密度，Vu为单体单元的摩尔体积，i为电荷密度，i/Vu表示固定在树脂上的电荷密度。式中的第一项表示渗透压，第二项表示与水的亲和力。公式定量地指出了SAP的吸水倍数和交联度、对水的亲和力、外界离子强度、固定在树脂上的电荷密度之间的关系。结论：对于离子性树脂，i/Vu为一个较大值，所以吸水率Q较大；对于非离子型的SAP来讲，由于没有第一项，吸水能力较离子型的差。SAP的另一重要理论基础是田中教授的相转变

5、理论。凝胶的相转变现象：将凝胶浸在溶剂中时，若溶剂的组成和温度缓慢改变时，凝胶的体积也缓慢变化，但这种变化是不连续的，这种现象称为凝胶的相转变现象。相转变现象是在任何凝胶中都能发现的普遍现象，SAP作为凝胶中的一种，也存在相转变现象。该理论认为：凝胶在外界条件的变化下，其体积的改变由它的渗透压所决定。当凝胶处于平衡状态时，其渗透压等于零。结论：高分子越硬，且每条高分子的抗衡离子数越多，凝胶相转变的体积变化率就越大，相转变温度就越低。凝胶的相转变理论是SAP吸水理论的基础之一，它开辟了SAP在开关、机器人调节器、记忆元件等方面应用的道路，对SAP的开发和应用具有重要的意义。相转变理论S

6、AP的吸水性能包括最大吸水率、吸水速率和凝胶强度等。高的吸水率和凝胶强度、快的吸水速率往往是人们追求的主要指标，也是SAP实际运用时考虑的主要参数。影响吸水率的因素树脂本身的结构以及外界溶液的性质是影响SAP吸水率的主要因素。亲水基团的亲水性越强，树脂与水的亲和力也就越大，吸水率越高。亲水基团的亲水能力大小次序为：—SO3H>—COOH>—CONH2>—OH。树脂上的电荷密度越大，吸水率越高。响淀粉接枝共聚物吸水率：当分子链上的电荷密度达到35%时吸水率达到最大值，大于35%后随着电荷密度的增大吸水率反而下降。这是由于当树脂上电荷密度太高时，高分子链充分伸展，使得相邻电荷之间的距离过

7、远，影响了电荷之间协同效应的充分发挥，从而使吸水率下降。影响吸水性能的因素吸水率随交联度的增大而降低。从提高吸水倍数的角度考虑，应在保证树脂不溶解的前提下，尽可能地降低交联度。外部溶剂的离子强度（包括离子的浓度和价数）越大，树脂网络内外的渗透压越低；同时，固定在树脂上的电荷会受到外界离子的屏蔽作用，降低静电斥力。这两种因素都导致吸水倍数的下降。离子型SAP在生理盐水中的吸水倍数为去离子水中的1/10左右，耐盐性差；而非离子型树脂由于受离子屏蔽效应的影响小，