高分子吸水树脂SAP剖析
超强吸水材料SAP应用和研究进展
超强吸水材料SAP应用和研究进展胡登平学号08080323摘要：超强吸水树脂作为一种新型的功能高分子材料，其具有两个显著特点:高吸水性和高保水性。
考虑其重要应用价值和经济价值[1-4]，人们对它的研究越来越立体化，多角度，本文先是简单介绍了超强吸水材料SAP的组成，结构，吸水原理和分类。
后面重点介绍了现在国内关于SAP的研究，着重讲解了SAP对农作物的生长，环境保护以及石油开采中的应用。
关键字：超强吸水材料应用现状研究进展一．SAP的组成和结构：SAP的中文全称是高吸水树脂，英文全称是Super absorbent polymer,它是一种功能高分子材料，具有很高的分子量，主要是有碳氢原子和杂原子组成。
其结构特征有三点：一是分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；二是树脂具有交联结构；三是聚合物内部具有较高的离子浓度。
再从三个角度解剖一下SAP的结构：从化学结构看，主链或侧链上含有亲水性基团，如-SO3H，-COOH，-CONH2，-OH等；从物理结构看，低交联度的三维网络，网络的骨架可以是淀粉，纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。
从微观结构看，因其合成体系不同而呈现多样性：淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构，纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构，部分水解的聚丙烯酞胺树脂则呈粒状结构。
二．SAP的吸水原理和分类：一般吸水的原理分为物理吸附和化学吸附，而SAP正是通过化学键结合把水和亲水性基团结合在一起，从而达到吸水的目的，具体的吸水过程可以分为三步，首先是通过毛细管吸附和分散作用吸水，这一步的速度很慢的；而到了第二步速度明显增快，是水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。
最后随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。
SAP的分类方法很多，可以根据原料来源分为淀粉系，纤维素系以及合成高分子系[5-6]。
高吸水树脂sap详尽介绍
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2. 吸水速率
在树脂的化学组成、交联度等因素都确定 之后。高吸水性树脂的吸水速度主要受其形状 所影响。一般来说，树脂的表面积越大，吸水 速度也越快。所以，薄膜状树脂的吸水速度通 常较快，而与水接触后易聚集成团的粉末状树 脂的吸水速度相对较慢。
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2.加压保水性
吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。物理意义为每 克树脂吸收的水的重量。单位为g（水）/g（树脂）。
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影响树脂吸水率有很多因素，除了产品本 身的化学组成之外，还与产品的交联度、水解 度和被吸液体的性质等有关。 （1）交联度对吸水率的影响
高吸水性树脂在未经交联前，一般是水溶 性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常 需要进行交联。
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H2O
内外
交
联
吸水树脂的离子2型1 网络
点
阶段3：随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差
趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增 加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
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高吸水性树脂的分类
分类方法 按原料来源分类
类别
（3）研发新型的复合型高吸水树脂利用无机或有机材料与 高吸水树脂物理混合或参与聚合反应而制得的复合型高吸 水树脂。
4
高吸水性树脂的形成条件
• a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、 羧基，能够与水分子形成氢键；
• b.树脂具有交联结构； • c.聚合物内部具有较高的离子浓度； • d.聚合物具有较高的分子量 。
5
高吸水性树脂的结构与性能
结构：
关于高吸水性树脂的研究与应用
关于高吸水性树脂的研究与应用摘要：高吸水性树脂广泛地应用于各个行业领域，在经济建设中起着举足轻重的作用。
本文主要介绍了高吸水性树脂的研究方向和研究领域，以及高吸水性树脂在各个行业的应用与作用，并展望了高吸水性树脂的未来发展方向。
关键词：高吸水高分子树脂研究高吸水性树脂（SAP）是一种新型功能高分子材料。
它是具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000%以上。
SAP的优良特性决定了它具有广阔的应用前景，一般在医用材料、工业、建筑行业、轻工业、食品以及日用品等方面应用比较广泛。
一、高吸水性树脂的研究方向高吸水性树脂的研究主要是从吸水率、吸水速度、凝胶强度三个方面进行研究。
通过改进树脂粒子的形状，增大比表面积，可以提高其吸水率。
离子型的高吸水性树脂，如聚丙烯酸盐，由于同离子屏蔽效应造成其耐盐性差，通过于非离子型单体共聚，可以提高其耐盐性。
复合吸水材料是改进吸水性树脂凝胶强度的新方法。
为了提高吸水性树脂的吸水性能，广大科研工作者已经做了大量工作，不断优化和改进已有的合成体系，同时还在努力探索新的聚合方法和聚合体系。
高性能化、复合化和低成本的农用高吸水性树脂是未来研究的发展方向。
我国的研究起步较晚，尚未形成规模生产能力，因此未来在研究和应用高吸水性树脂主要加强以下几个方面的工作：1.加强其制备方法的研究：它的综合性能的改善取决于多种因素，但制备方法的研究非常重要。
反应原料不同的聚合工艺或采用相同的反应原料而不同的合成手段，其产物的性能有较大差别。
2.加强有机-无机复合研究：复合化是改进树脂吸水性能和强度的新方法。
树脂可易于无机物、有机物复合，制备出性能优良，成本低廉的吸水材料，其兼有多种性能。
3.加强多功能的研究：目前在农业应用中，单一用高吸水性树脂很难发挥作用，需要与各种肥料抗旱剂和微量元素配合使用，以提高土壤的保水抗旱能力和肥力。
高吸水树脂SAP的应用及发展趋势
单位:仟吨/年
中東 南美洲 東南亞 中國 北美洲 西歐 東北亞
2014
2014 803 552 550 827 309 60 80 3,181
2015
2015 843 552 550 907 429 60 80 3,421
年度 产能 需求 需求/产能
2013 522 267 51%
2014 827 315 38%
2015 907 385 42%
2016 907 465 51%
2017 907 545 60%
年增率 13.8% 19.5% -
得利于单独二胎政策，推测2014年起SAP需求将大幅成长
数据源:中国生活用纸协会、化学工业日报 16
Hydrophilic polymer chain Cross-linkage between polymer chain COO- ions formed after absorption => expansion Na+ ions formed after absorption => Osmolality
反应法 生产商 产能 (仟吨/年) 比率(%)
逆相悬浮聚合 住友 279 8.77 三大雅 20 0.63
水溶液聚合 台塑、NSCL、BASF 等厂商(含三大雅) 2,882 90.60
合计 -3,181 100%
10
高吸水树脂(SAP)用途
For water retainer: 4% 电缆阻水剂 電纜阻水劑
中国地区主要SAP厂商产能
单位：仟吨/年 制造商 三大雅(江苏南通） 丹森(江苏宜兴) 日本触媒(张家港) 台塑(宁波) BASF(南京) 邦丽达(福建泉州) 上海华谊 嘉兴卫星 山东诺尔 济南昊月(山东济南) 烟台万华 其它 合计 2013 140 100 30 45 0 40 40 30 50 40 0 7 522 2014 140 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 827 2015 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907 2016 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907 2017 220 180 30 90 60 40 40 30 50 40 120 7 907
高分子SAP吸水树脂品类报告
8
上海华谊
16
江协裕廊
20
8
北京东方
8
2.4
沈阳石蜡
8
嘉兴卫星
4
吉林化工
3.3
14
五、上游材料趋势分析
信息来源： 信息来源：外部网站挂牌价 15 备注: 高分子原料基本全部高纯丙烯酸, 备注: 高分子原料基本全部高纯丙烯酸,故产品价格直接受丙烯酸行情影响
反相悬浮聚合法：
该法以溶剂为分散介质，经碱中和的水溶液单体丙烯酸钠，在悬浮分散 剂和揽拌作用下分散成水相液滴，引发剂和效联剂在水相液滴中进行聚 合。解决了水溶液聚合法的传热、揽拌困难等问题，且反应条件温和， 可直接获得珠状产品。生产的SAP粒径大小，可根据用途和吸水要求调 节：且吸水率高，速度快。该法缺点是：主设备材质要求高，设备投资 大：污染高明，只能间歇性生产，设备利用率低，生产效率低。
吸盐水倍率
67 60 65 62 67 65 60 65 67
吸纯水倍率
280 245 177 143 245 105 93 108 93
10
注：住友吸纯水能力突出，各厂家吸生理盐水能力相当 住友吸纯水能力突出，
四、老化实验测试对比表
LG
巴斯夫757
巴斯夫7061
三大雅
住友
邦丽达
台速宝 11
高分子放入平面皿中， 月老化， 注:将40g高分子放入平面皿中，进行 月老化，温度 ℃，湿度 ％的老化测试 将 高分子放入平面皿中 进行2月老化 温度50℃ 湿度90％
最优
备注:因老化实验结果为我司检测高分子重要参数 我司目标供应商锁定在最优档 备注 因老化实验结果为我司检测高分子重要参数,我司目标供应商锁定在最优档 因老化实验结果为我司检测高分子重要参数
高吸水树脂sap详尽介绍
本次项目成果回顾
成功合成高吸水树脂SAP，并验证其吸水性能 拓展了SAP在农业、卫生用品等领域的应用研究
探究了不同合成条件对SAP性能的影响，优化了合成工 艺
建立了完善的SAP性能评价体系，为后续研究提供了有 力支持
存在问题和挑战识别
01
SAP吸水速率和吸水量 仍有提升空间，需进一 步优化配方和工艺
成品检测
对SAP的吸水性能、保水性能、粒度分布等指标进行检测， 确保产品质量符合要求。
工艺流程图解析
工艺流程图
原料→预处理→聚合反应→后处理→成品检测→包装→入库。
流程图解析
详细解析每个工艺步骤的操作要点和注意事项，帮助读者更好地理解SAP的制 备过程。
03 SAP的物理化学性质分析
外观形态与颜色特征
02
SAP在长期使用过程中 的稳定性有待提高，需 加强耐久性研究
03
SAP生产成本较高，限 制了其在某些领域的应 用推广
04
环保法规对SAP生产和使 用的要求日益严格，需关 注环保型SAP的研发
下一步工作计划安排
深入研究SAP吸水机理，探索 提高吸水速率和吸水量的新方
法
开展SAP耐久性试验，评估其 在不同环境下的性能变化
VS
国外生产商
国际知名SAP生产商如BASF、Dow等在 中国市场占据一定份额，但面临国内企业 的激烈竞争。
政策法规影响分析
环保政策
随着环保意识的提高，政府对SAP生产过程中的环保要求越来越严格，推动企业加大环 保投入。
产业政策
国家出台了一系列鼓励新材料产业发展的政策，为SAP产业的发展提供了良好的政策环 境。
其他领域拓展思路分享
医疗卫生
在医疗卫生领域，SAP可以应用于手术缝合线、止血材料等医疗用 品中，提高产品的吸水性和止血性能。
超强吸水高分子材料解析
系
共 同 点
储量丰富，可不断再生，成本低; 无毒且能微生物分解，可减少对环境 的污染。
均是葡萄糖的多聚体，可以采用 相类似的单体、引发剂、交联剂进行 吸水树脂的制备
解，吸水后凝胶 强度大，保水性 强.抗菌性好.但 可降解性差.适 用于工业生产
甲壳质衍生物
合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引
较
聚 丙烯酸（盐）类
聚乙烯醇类
吸水性强，工艺成
吸水倍率不及聚丙烯酸 类,但它的特点是吸水速度
熟，合成方法多样。 快,2～3分钟内即可达到饱和
吸水量的一半。
合成超高吸水高分子材料
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COOH
COOH COOH COOH COOH COOH
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
淀粉系超高吸水高分子材料
超强吸水剂的研究起源于淀粉系，美国北方农业省研究所从淀粉接枝丙烯腈开始， 接着于1966年完成该项研究，并投入生产。 80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。
淀粉结构 支链淀粉 直链淀粉
H OH
O HO
HO
H H
OH
O HO
OH
HO
H H
H
使溶胀不至于溶解，对吸收的水起到封闭作用，使吸水后树脂凝胶保持 一定机械强度。但交联度不能太高，太高将限制树脂的溶胀。
3）外部因素的影响 水中盐浓度、温度（影响水表面张力）和压力。
合成超高吸水高分子材料
目前主要分为聚丙烯酸（盐） ，聚乙烯醇两大类。 其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。
类别 比
Super 结构外型分
粉末、纤维、颗粒、薄膜
浅谈SAP(高吸水树脂)对高性能混凝土性能的影响
建筑工程 Architectural Engineering高性能混凝土有着内部结构强韧的特点，因此对高性能混凝土进行外部养护的效果不是特别显著。
相关高性能混凝土维护人员要多角度考虑高性能混凝土的养护方式，可以从高性能混凝土的内部养护开始，对高性能混凝土进行定期养护。
其中，高性能混凝土的内部固化养护技术可分为两大类：水饱和轻骨料内固化技术和高吸水性树脂内固化技术。
高吸水性树脂是一种高吸水率的高分子材料。
其内部空间结构能吸收和储存水分。
它在混凝土中充当水库的角色。
当渗透压力随水溶液变化时，释放水以改善混凝土内部相对湿度，从而达到内部养护的作用。
高吸水性树脂作为混凝土内部养护的主要材料，可以很大程度上减少混凝土收缩。
据调查显示，目前国内对内固化技术的研究还比较少，大多停留在试验阶段，并且我国国内还没有规范的内部固化技术研究。
因此，笔者主要是对比两种不同牌号的吸水树脂的实际使用结果，对高吸水性树脂在水泥砂浆中的应用进行了全面的研究。
一、试验材料及内容（一）试验原材料水泥应该选择选用P.O42.5级水泥。
经过严格的高性能混凝土挑选，最终选出泥浆含量、砂料密度等各项指标均符合相关规范的高性能混凝土。
使用的添加剂均是自主研发的引气减水剂，以保证最终结果的科学性。
为区分两种不同品牌的高吸水性树脂，笔者在试验的过程中将两种高吸水性树脂分别为编号1和编号2，在对高吸水性树脂投入到高性能混凝土的使用中，用量均占高性能混凝土质量的0.1%，无偏差。
（二）水泥胶砂试件强度试验本篇文章在进行水泥胶砂试件强度试验时，按照ISO法进行水泥胶砂的制备和强度检验工作，成型后的水泥胶砂试件尺寸分别设置为40mmx、40mmx、160mmx，等到24h之后，并且水泥胶砂脱模完成后，将处理好的水泥胶砂移到标准养护室进行养护，随后工作人员对水泥胶砂试件7d强度和28d强度进行测试。
在水泥砂浆的干缩性能试验测试前，采用了“水泥胶砂干缩试验方法”，除此之外，再用预吸水法将高吸水性树脂与水泥砂浆进行严格的比例混合。
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高分子吸水树脂SAP剖析
2010-7-31
高分子吸水树脂SAP剖析
高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。
它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。
因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。
高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。
按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)几大类。
其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。
目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。
高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。
吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。
与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。
由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。
由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。
水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。
同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。
当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。
通常，高吸水树脂在0.9% NaCl 溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。
吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。
在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。
若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。
差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。
因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。
高吸水聚合物是上世纪60年代末发展起来的。
1961年美国农业部北方研究所首次将淀粉接枝于丙烯腈，制成一种超过传统吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。
1978年日本三洋化成株式会社率先将高吸水聚合物用于一次性尿布，从此引起了世界各国科学工作者的高度重视。
上世纪70年代末，美国UCC 公司提出用放射线处理交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型高吸水聚合物，其吸水能力达到2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水聚合物的大门。
1983年，日本三洋化成又采用丙烯酸钾在甲基二丙烯酰胺等二烯化合物存在下，进行聚合制取高吸水聚合物。
之后，该公司又连续制成了各种改性聚丙烯酸和聚丙烯酰胺组合的高吸水聚合物体系。
上世纪末，各国科学家又相继进行开发，使高吸水聚合物在世界各国迅速发展。
目前，已形成日本触媒、三洋化成和德国Stockhausen公司三大生产集团三足鼎立态势，它们控制着当今世界70％的市
场，彼此之间又以技术合作方式进行国际性联合经营，垄断世界所有国家的高吸水聚合物销售权。
高吸水聚合物用途广泛，应用前景非常广阔。
目前其主要用途仍然是卫生用品，约占市场总量的70％左右。
由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大，并具有优异的保水性能，所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。
如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠，就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透气性能增强。
另外，由于高吸水树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能，所以又可作为新的包装材料。
利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。
在化妆品中加入少量的高吸水聚合物，还可使其乳液粘度增大，是一种理想的增稠剂。
利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点，在工业上又可作为脱水剂。
由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点，近年来，已被广泛应用于医药领域。
例如，用于含水量大、使用舒适的外用软膏；生产能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带及棉球；制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。
随着科学技术的发展，环境保护已越来越受到人们的关注。
如果将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中，并将此袋浸入污水中，当袋子被溶解后，高吸水聚合物就可迅速地吸收液体而使污水固体化。
在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。
高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。
总之，高吸水聚合物是一种用途非常广泛的高分子材料，大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。
今年在我国北方大部分地区干旱少雨的情况下，如何进一步推广和使用高吸水聚合物，是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。
在西部大开发战略实施过程中，在改良土壤的工作中，大力开发和应用高吸水聚合物的多种实用功能，具有现实的社会效益和潜在的经济效益。