高吸水性树脂
高吸水性树脂
高吸水性树脂一、产品简介高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer,简称SAP）是本公司运用具有自主知识产权的发明专利而研发生产的一种新型的功能性高分子吸水材料，含有大量的亲水基团和独特的体型网状结构，能够在短时间内吸收并保持超过自身重量数百倍的水分或者数十倍的生理盐水（体液），保水性能良好，它以优异的吸水保持性能，在医疗卫生用品领域得以广泛的应用。
随着现代社会的飞速发展，其应用范围正在不断地拓展到更为广阔的领域。
高吸水性树脂是一种交联型丙烯酸/丙烯酸钠共聚物，外观呈白色颗粒状粉末，采用先进的专利生产技术，产品凝胶强度高、抗压吸收量大，单体残留量低，无毒无臭，对皮肤无刺激，在一定条件下可以完全降解成水、二氧化碳等小分子物质，是一种真正的“绿色”环保的高科技化工产品。
二、产品规格及主要性能指标型号项目SP306 SP601外观白色固体粒状白色固体粒状目数(占80％以上) 30～60 60～100吸盐水倍数(生理盐水 ,60 分钟)g/g ≥53 ≥50 吸水倍数(蒸馏水,60 分钟)g/g ≥520 ≥400吸水倍数(自来水,60 分钟 )g/g ≥300 ≥260吸水速度(80g自来水/g) 秒≤60 ≤28受压吸收量(生理盐水 ,0.3psi)g/g ≥30 ≥28 渗出量 g/2g ≤5.0 ≤5.0pH 值 6.5～8.0 6.5～8.0 含水量，% ≤7.0 ≤7.0推荐应用范围尿裤复合纸、卫生巾包装规格纸塑复合袋，20kg/袋；太空袋，750kg/袋；另也可按客户要求定做三、应用范围1. 婴儿、成人纸尿裤；2. 卫生巾或卫生护垫；3. 复合纸；4. 手术床垫；5．宠物床垫；6. 浴足高分子等。
四、使用方法1、推荐用量：尿片（6～15g/条）卫生巾（3～6g/片）复合纸（30～80g/m2）2、以上用量仅供参考，客户应根据实际的产品设计及设备情况决定用量。
五、注意事项1、本商品具有吸湿性，为防止受潮，宜在干燥阴暗处密封储存。
高吸水性树脂
影响SAP吸水速率的因素 • SAP 吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散，另一方面组成吸水剂的高 分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向SAP 内部的扩 散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。 • 吸水速率的因素主要有：吸水剂的种类、表面积大小以及表面结构。
• 离子型高吸水树脂的吸水速度较慢，达到最大吸水量需数小时甚至几十小 时。非离子型高吸水树脂的吸水速度非常快，达到饱和吸水量只需20min ~1h。
• 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。
高吸水性树脂分类
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 淀粉类 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物 其他淀粉类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其他纤维素类
• 结合水以很强的配位键或氢键与聚合物离子相结合，测不出熔点，所以又 称不冻水；而非正常水的熔点低于正常水；自由水的熔点与普通水相同。
图2
高吸水树脂亲水基团周围水的构造模型 A 结合水；B 非正常水；C 自由水
改善高吸水性树脂耐盐（电解质）性能的途径
• 引入非离子单体：最初的研究工作着重于将丙烯酰胺、( 甲基) 丙烯酸羟 乙酯等非离子单体引入聚丙烯酸盐分子链中，利用非离子单体对电解质相 对不敏感的特点和不同亲水性基团之间的协同作用来改善高吸水性树脂的 耐盐性能。 • 提高亲水性：提高树脂的亲水性可改善吸水能力和耐电解质性能。将丙 烯酸聚氧乙烯酯或烯丙基聚氧乙烯醚引入常规丙烯酸酯中，而且其分子链 上的长支链可起到物理缔合的作用，进一步提高耐电解质性能。 • 丙烯酸聚氧乙烯酯的结构如下所示：
各类高吸水性树脂比较
一、高吸水性树脂简介高吸水性树脂（在石油行业也称水膨体、体膨型聚合物、预交联凝胶等）是上世纪70年代迅速发展的一类新型功能高分子材料，它含有强亲水性基团，并具有一定的交联度，不溶于水，也不溶于有机溶剂，其特点是能够吸收达到自身总量的几百倍乃至几千倍的水，并且吸水速度快，吸水后成为一种被水高度溶胀的无色透明凝胶，即使施加压力也难以使水挤出，显示奇特的吸水、保水功能。
因此它一出现，便在农林园艺、医疗及生理卫生、建材、食品等领域得到广泛的应用。
高吸水树脂的制备方法主要有溶液聚合法、悬浮聚合法、反相悬浮聚合法和本体聚合法等。
高吸水性树脂的合成方法主要有本体聚合、溶液聚合、反相悬浮聚合和反相乳液聚合等几种方法。
高吸水树脂的溶液聚合方法主要有：反相悬浮聚合、反相乳液聚合和水溶液聚合。
吸水后的树脂内部存在3种状态的水，即结合水、束缚水、自由水。
结合水是水以一系列分子层在凝胶的内外表面溶剂化所形成的；在结合水的外层也有一层水，也具有一定的定向性，称为束缚水；最外层为自由水，由于与树脂以氢键结合，形成一体，故很难挥发。
温度升高，使分子热运动加剧，一部分自由水就挥发掉了，保水率下降。
目前根据制备高吸水性树脂的原料来源不同，高吸水性树脂大致可分为三大系列：淀粉系、纤维素系和合成树脂系。
淀粉类制备工艺复杂，产品耐热性能差，易腐烂变质，难以长期保存；纤维素类综合吸水性能相对较差；合成树脂类，尤其是聚丙烯酸盐类则由于原料来源丰富、价格低廉、能够防腐防变、长期保存、综合吸水性能优良等特点，因而成为当前研究的重点。
合成树脂系高吸水性树脂的主要产品有聚丙烯酸类：聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、丙烯酸与丙烯酰胺共聚；聚乙烯醇类：聚乙烯醇一酸酐交联共聚；醋酸乙烯一丙烯酸脂共聚水解等。
树脂的反复吸液性能测定所谓反复吸液能力是指树脂能够吸液、释放所吸液体并能多次重复进行这一过程的能力，它可用重复吸液次数和每次的吸液率来表示。
随着吸液次数的增加，吸水率略呈下降趋势，这是由于当树脂第一次吸液后，水分子进入树脂内部，部分水与树脂分子链上的亲水基团形成氢键，使之从自由水转变为结合水，在第一次吸液过滤后的干燥过程中，结合水无法全部除去，导致在尚未进行第二次吸水前其网络内就有少量水存在，降低了树脂结构内外的渗透压差值，使吸水推动力下降，故后一次吸水量减少。
高吸水性树脂的结构特点和应用前景
高吸水性树脂的结构特点和应用前景高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料, 由含强亲水性基团的单体经过适度交联使其能够吸收上百倍甚至上千倍的水, 并且具有很强的保水性能。
它的微观结构因其合成体系不同而呈现多样性。
它的吸水机理可以用Flory 的凝胶理论及刘廷栋的离子网络结构来解释。
一、高吸水性树脂的结构特点高吸水性树脂吸水但不溶于水, 也不溶于常规的有机溶剂。
用不同方法合成的不同种类的吸水性树脂的结构也是千差万别。
对绝大多数高吸水性树脂而言, 从化学结构看, 它的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性官能团, 这些亲水基团与水的亲合作用是其具吸水性的最主要内因; 从物理结构看, 要实现其高吸水性, 树脂必须是一个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, 高吸水性树脂的微观结构也因其合成体系不同而呈现出多样性: 如黄美玉等研究的淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构, I1Sakata等研究的纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构, 而部分水解的聚丙烯酰胺树脂则呈粒状结构( GranularSt ructure) 等。
I1Sakata 等采用冷冻态—SEM 透镜法来研究高吸水性树脂的微观结构, 此法具有高准确度和客观反映原始结构的优点, 另外, 研究树脂吸水后形成水凝胶的多孔网状结构对其吸水机理的探讨及性能的改进也有十分重要的意义。
日本的吉武敏彦认为, 高吸水性树脂是具有像ABS 塑料那样的“岛屿”型微相分离结构。
在聚乙烯醇—丙烯酸盐嵌段共聚物中, 聚丙烯酸盐就像无数的“小岛”分布在聚乙烯醇的“大海”中。
聚乙烯醇使聚丙烯酸盐不再溶于水, 当聚丙烯酸盐吸水溶胀时, 分子伸展, 使吸水凝胶具有高强度。
而当聚丙烯酸盐失水时, 聚乙烯醇又对失水起着阻挡层的作用。
对于淀粉—聚丙烯酸盐接枝聚合物来说, 聚丙烯酸盐是“岛”, 而淀粉是“海”, 淀粉使聚丙烯酸盐不溶于水而本身吸水作用不大。
高吸水性树脂
在农业领域的应用
土壤改良：高吸水性树脂能吸收相当于其自身重量数百倍的水分可有效改善土壤湿度 和保水性能促进作物生长。
节水灌溉：通过使用高吸水性树脂可将灌溉水有效吸附并缓慢释放实现节水灌溉和 均匀供水。
农药和营养剂缓释：高吸水性树脂可以吸附农药和营养剂并在需要时缓慢释放提高农 药利用率和植物吸收率。
高吸水性树脂的制备方法主要包括化学合成和物理改性不同的制备方法可以得到不同性能的高吸水性树脂。
高吸水性树脂的分类
按原料分类：淀粉类、纤维素 类、其他天然产物类
按交联剂类型分类：羧甲基淀 粉、淀粉磷酸酯、纤维素黄原 酸酯等
按离子类型分类：阳离子型、 阴离子型、非离子型
按应用领域分类：农业、医疗 卫生、建筑材料等
高吸水性树脂的应用领域
卫生用品：用于生产婴儿尿布、成人失禁用品等 农业：用于土壤保水、植物生长调节剂等 医疗领域：用于吸收伤口渗出液、止血材料等 建筑材料：用于自修复混凝土、调节室内湿度等
化学合成法
原理：通过化学反应将原料转化为高吸水性树脂 优点：可控制产物的性质如吸水能力、分子量等 缺点：需要使用有机溶剂可能对环境造成污染 常用原料：丙烯酸、丙烯酰胺等单体
高吸水性树脂具有优异的保水性能 能够吸收相当于其自身重量数百倍 甚至上千倍的水分。
高保水性
在医疗领域高吸水性树脂可以用于 制造具有保湿功能的敷料和药物载 体促进伤口愈合。
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在土壤改良、节水农业、园艺等领 域高吸水性树脂的高保水性有助于 提高植物生长效率和抗旱能力。
高保水性还使得高吸水性树脂在化 妆品、个人卫生用品等领域具有广 泛的应用前景。
回收再利用：将废弃 的高吸水性树脂经过 处理后重新用于生产 新的高吸水性树脂或 其他用途。
高吸水性树脂
简介发展历史编辑本段简介高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，聚丙烯酸钠盐SUPER-ABSORBENT POLYMER,1976年，日本三洋化成是全球最早研究和生产吸水性树脂的厂家.编辑本段发展历史1950年微架桥聚合丙烯酸(增粘剂)的工业化（Goodrich 公司；USA）1960年亲水性高分子上市，架桥聚氧化乙烯（土壤保水剂），架桥聚乙烯醇（人工水晶体）增粘剂1974美国农业部发表了吸水性树脂的研究成果. 1978年世界上最早的吸水性树脂的商业化生产开始 (三洋化成) 吸水性树脂1982年用于纸尿裤的需求增大。
高分子凝胶的相转移理论的发表（田中豊一）90年代高分子学会开始成立「高分子凝胶研究会」（对于机能性凝胶的研究发表日趋活跃）机能性凝胶它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高负荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。
应用于农林业方面，可在植物根部形成“微型水库”。
高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。
高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。
此外，高吸水性树脂还可应用于医疗卫生、石油开采、建筑材料、交通运输等许多领域。
现有的高吸水性树脂的厂家有：三大雅精细化学品有限公司、日本触媒、得米化工、住友精化、巴斯夫、台塑这几大公司占了全球产量的99％，其中三大雅占55％。
高吸水性树脂目录简介发展历史编辑本段简介高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，聚丙烯酸钠盐SUPER-ABSORBENT POLYMER,1976年，日本三洋化成是全球最早研究和生产吸水性树脂的厂家.编辑本段发展历史1950年微架桥聚合丙烯酸(增粘剂)的工业化（Goodrich 公司；USA）1960年亲水性高分子上市，架桥聚氧化乙烯（土壤保水剂），架桥聚乙烯醇（人工水晶体）增粘剂1974美国农业部发表了吸水性树脂的研究成果. 1978年世界上最早的吸水性树脂的商业化生产开始 (三洋化成) 吸水性树脂1982年用于纸尿裤的需求增大。
高吸水性树脂
高吸水性树脂
高吸水性树脂（SAP）是一种高分子材料，有着奇特的吸水性能和保水能力，吸水可达自身重量的数百倍甚至上千倍，并可在数秒内生成凝胶，且保水性强，在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，具有良好的生物降解性能，同时又具备高分子材料的优点。
高吸水性树脂是我公司与著名高校研究机构经过几年的研究共同开发出来的一种新型的产品，拥有自主的知识产权的吸水材料。
配方工艺独特，产品目前已能过省级鉴定，鉴定结果为“国内领先水平”。
用途：
可广泛用于干燥剂、脱氧保鲜剂、制热制冷设备、吸水膨胀橡胶、膨胀玩具、电缆阻水带、卫生巾、纸尿裤、凉垫、药品保湿、冰垫、冰帽、冰带、混凝土外加剂、农林园世抗旱保水、防沙治水等很多方面。
包装：
大包装：三层防潮塑编牛皮纸袋，25kg/袋。
第5章高吸水性树脂
纤维素也可采用与其他单体进行接枝共聚引入亲水性基团的方法 来制取高吸水性树脂。制备方法与淀粉类基本相同。
与淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素类的吸水能力比较低，一般 为自身重量的几百倍。
但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊形式的用途方面， 淀粉类往往无法取代。
例如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改善合成纤维的吸 水性能。这方面的应用显然非纤维素类莫属。
优点：原料丰富，产品吸水率较高，可达千倍以上。
缺点：吸水后凝胶强度低，长期保水性不佳。使用中易受细菌等微土物分解 而失去吸水保水作用。
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第二节 高吸水性树脂的分类
支链淀粉
淀粉结构
直链淀粉
H
OH H
O OH
O HO H H OH O HO
H
O H OH H O HO H H OH O
的制备
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第三节 高吸水性树脂的吸水机理
1. 吸水原理
物理吸附 吸 水 实 质 化学吸附 棉花、纸张、海绵等。 毛细管的吸附原理。
有压力时水会流出。
通过化学键的方式把水和亲水 性物质结合在一起成为一个整 体。加压也不能把水放出。
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第二节 高吸水性树脂的分类
3. 合成聚合物类高吸水性树脂
原则上可由任何水溶性高分子经适度交联合成高吸水性树脂。
(1)聚丙烯酸盐类
a. 目前生产最多的一类合成高吸水性树脂。
b. 这类产品吸水率较高，一般均在千倍以上。 c. 由丙烯酸或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成。
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• 结合水以很强的配位键或氢键与聚合物离子相结合，测不出熔点，所以又 称不冻水；而非正常水的熔点低于正常水；自由水的熔点与普通水相同。
图2
高吸水树脂亲水基团周围水的构造模型 A 结合水；B 非正常水；C 自由水
改善高吸水性树脂耐盐（电解质）性能的途径
• 引入非离子单体：最初的研究工作着重于将丙烯酰胺、( 甲基) 丙烯酸羟 乙酯等非离子单体引入聚丙烯酸盐分子链中，利用非离子单体对电解质相 对不敏感的特点和不同亲水性基团之间的协同作用来改善高吸水性树脂的 耐盐性能。 • 提高亲水性：提高树脂的亲水性可改善吸水能力和耐电解质性能。将丙 烯酸聚氧乙烯酯或烯丙基聚氧乙烯醚引入常规丙烯酸酯中，而且其分子链 上的长支链可起到物理缔合的作用，进一步提高耐电解质性能。 • 丙烯酸聚氧乙烯酯的结构如下所示：
淀粉接枝类高吸水性树脂
• 淀粉与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等亲水性烯类单体的接枝共聚物是目 前SAP 市场中的品种之一。
• 淀粉接枝类SAP 的最早品种是淀粉接技丙烯腈，引发剂为铈盐，采用自
由基接枝共聚机理制备。淀粉与丙烯腈接枝共聚后，通过皂化将憎水性 的—CN 转化为亲水性的—COOH 和—CONH2，使产物具有高吸水性。 接枝产物吸水倍数可达千倍以上，但工艺复杂、耐霉解性差。
• 1983年，日本将高吸水性树脂应用于婴儿纸尿布，从此推起了高吸水性
树脂生产和研究的大高潮，世界各公司纷纷扩大生产，增加研究和开发力 度。 • 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。
高吸水性树脂按原料来源分类
淀粉系 淀粉接枝丙稀腈，淀粉接枝丙烯酸盐，淀粉接枝丙烯酰胺，淀粉羧 甲基化反应，淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺、顺丁烯二酸酐接枝共聚合
• 非离子型的高吸水性树脂，吸水速度比较快， 耐盐性也较好，但 吸水能力较低。这是非离子型高吸水性树脂存在的问题。
• 以天然高分子为主要原料，加强可生物降解的SAP 的研究和开发， 提高其吸水性能，使之适合工业化生产的要求，将是今后的一个 研究方向。 • 我国高吸水性树脂生产工业化程度低，我国高吸水性树脂的生产 能力估计在2000tˆ年，目前只有一个1000tˆ年的生产线，其余均处 于实验ห้องสมุดไป่ตู้中试状态。
• 1966 年，美国农业部北方研究所Fanta 等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究， 从此开始了吸水性聚合物的研究。他在论文中提出了“淀粉衍生物的吸水 性树脂具有优越的吸水能力， 吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，这 些都超过了以往的高分子材料”的研究成果。
• 淀粉衍生物树脂最初在Henkel Corporation 工业化获得成功，其商品 名为SGP (Starch Graft Polymer)，从此开始了高吸水性树脂的发展。 •美国Grain-Processing， Gerneral Mills Chemical，Hercules，Nat ional starch、日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司纷纷开展 了研究和开发高吸水性树脂的工作。
SAP 的吸水形态 • 一般认为，SAP 吸水后的形态随吸水剂种类不同而不同。 使用光学显微镜和电子显微镜观察到淀粉接枝丙烯酸聚合物、聚 乙烯醇-丙烯酸盐嵌段共聚物呈海岛型结构。
Tab. 1
The morphology of some superabsorbent polymers.
• 高吸水性树脂内所吸附的水也可分成三类：结合水、非正常水、自由水。
相转变理论
• SAP 的另一重要理论基础是田中教授的相转变理论 。 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。
• 以海藻酸、蛋白质、聚氨基酸、壳聚糖等天然高分子为原料也可 合成可降解的SAP。 • 这些吸水性树脂虽然生物降解性好，原料来源广，但在吸水性能 方面与淀粉接枝系列、纤维素接枝系列以及合成系列相比差距较大， 且工艺复杂、价格相对较高,使其大规模的开发、应用受到了限制。 除了羧甲基纤维素交联物外，其它品种均处于实验室阶段。 完全可生物降解吸水树脂制造实例
纤维素系
纤维素羧甲基化，纤维素接枝丙烯腈，纤维素接枝丙烯酸盐，纤维 素黄原酸化接枝丙烯酸盐 合成树脂系 聚丙烯酸类：聚丙烯酸(盐)，聚丙烯酰胺，丙烯酸与丙烯酰胺共聚 聚乙烯醇类：聚乙烯醇-酸酐交联共聚，聚乙烯醇-丙烯酸接枝共聚， 醋酸乙烯-丙烯酸脂共聚水解
SAP的溶胀（吸水）热力学理论
弹性凝胶理论
影响吸水性能的因素
• SAP 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。
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。
• 高吸水性树脂的两个显著特点：高吸水性和高保水性。
• 高吸水性树脂作为一种功能高分子材料，诞生于本世纪60年代，被誉为 20 世纪90 年代新技术之一。1994 年全球高吸水性树脂的生产总能力超过 50 万t，其中美国23.4 万t，日本11.6万t，欧洲10.4 万t，产品以聚丙烯酸 钠树脂占绝对主导地位。吸水树脂的需求量仍以每年8%的速度递增，明 显高于其他功能高分子材料。据统计，个人卫生护理用品每年大约用95% 的吸水树脂。
高吸水性树脂 Superabsorbent Polymers
高吸水性树脂概况
• 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。
影响SAP吸水速率的因素 • SAP 吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散，另一方面组成吸水剂的高 分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向SAP 内部的扩 散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。 • 吸水速率的因素主要有：吸水剂的种类、表面积大小以及表面结构。
• 离子型高吸水树脂的吸水速度较慢，达到最大吸水量需数小时甚至几十小 时。非离子型高吸水树脂的吸水速度非常快，达到饱和吸水量只需20min ~1h。
R= H、CH3 ; n ≥2 ;R2 = 烷基、芳烷基、烷芳基
• 烯丙基聚氧乙烯醚的结构如下所示:
式中R = H、CH3 ; n = 1～100 ;R2 = 12～18 个碳原子的烷基、芳 基、烷芳基或环烷基。 • 引入长链疏水性单体：在亲水单体聚合的主链上引入少量(1～5mol %) 疏水性基团可获得耐温性、耐盐性更好的增稠剂。原因在于这类聚 合物分子间的疏水缔合作用使大分子链交联形成具有一定强度的空间 网架结构，使其具有很大的流体力学体积，而这种疏水缔合作用形成 的可逆空间网架结构耐无机盐、温度破坏的能力较强。
• 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。
接枝共聚法制备实例
合成树脂系高吸水性树脂
• 合成树脂系高吸水性树脂目前的种类很多。主要有丙烯酸(盐) 类、丙烯 腈类、聚乙烯醇类等。其中以聚丙烯酸(盐) 类最重要。 • 以甘油为交联剂，聚丙烯酸钠盐进行交联反应为例，其产物的交联结构 如下：