高吸水性树脂的结构与吸水机理
简述高吸水性树脂的吸水和保水机理
简述高吸水性树脂的吸水和保水机理高吸水性树脂具有较强的吸附性能，对油和水的亲合力很大，因此常用作脱水剂，还用于制造纸张等。
下面就由小编为大家介绍关于高吸水性树脂的吸水和保水机理，希望大家喜欢！一、吸水性树脂在吸附和解吸过程中，分子的运动情况不同。
1。
表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。
这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。
表面活性剂的亲水基与水分子相互作用的结果，使表面活性剂表现出两个重要的特征：(1)一般来说，与水分子形成氢键缔合的物质在水中有更高的溶解度，并且容易迁移到有利的水环境中。
(2)在吸水过程中，这些水化产物之间的静电斥力比水分子与水化产物之间的作用力小。
因此，表面活性剂能够通过静电引力的作用从水中吸收水分子。
2。
高分子聚合物——电荷转移（共价键）吸水性树脂基本上是多糖，带正电荷，在溶液中能自由移动。
当溶液中加入高分子聚合物时，带负电的高分子链会与溶液中的阳离子基团进行吸附、电子交换或缔合，因而使溶液中的阴离子和水分子获得相应的吸附或解吸。
如果吸水过程完全是电子转移过程，则此时的吸水速率取决于聚合物吸附水分子的数目。
不溶性高吸水性树脂吸水是靠吸收外界水分子而达到其饱和浓度的。
吸水速率不受温度变化的影响，但随着溶液浓度增大，吸水速率增大。
因此，这类高吸水性树脂主要用作高级洗涤剂。
高吸水性树脂在吸收水分子后，溶液浓度虽然会降低，但其保水性能优良，可以防止水分损失，减少溶液的蒸发损失。
所以该类高吸水性树脂适宜用作化妆品的乳剂和牙膏。
由于不溶性高吸水性树脂吸水后存在剩余树脂，所以将不溶性高吸水性树脂配成固含量较高的乳液，用作涂料时，涂层的透明性和耐水性都比较好。
二、保水性树脂在吸水和解吸过程中，分子的运动情况不同。
1、表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。
这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。
高吸水性树脂的制备与应用研究
高吸水性树脂的制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。
1 高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。
1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。
2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。
3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。
1.2 按亲水基团的种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。
1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。
2 高吸水性树脂的发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。
50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。
高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物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，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。
高吸水性树脂的吸水原理探析
254作者简介：程华（1982— ），女，汉族，江苏徐州人。
主要研究方向：化工分析。
高吸水性树脂是一种含有羧基、羰基等强亲水性基团且具有一定交联度的吸水溶胀型高分子聚合物，又称高吸水性聚合物，简称SAP。
高吸水性树脂作为聚合物，是由三维空间网络构成，高吸水性树脂既可以实现化学吸水，又可以实现物理吸水，所以，高吸水性树脂可以吸收高出于其自身重量上百倍甚至上千倍的水分。
一、高吸水性树脂吸水原理分析（一）高吸水性树脂的吸水结构高吸水性树脂的三维网络结构几乎不会被水溶解，反而可以大量的吸收外部水分，形成高含水凝胶。
高吸水性树脂应用中所表现出来的优良性能无非是其良好的吸水性以及高超的保水性。
究其原因，主要是因为分子当中具有网络结构和较强性吸水基团，换言之，拥有良好的交联度。
通过实验结果显示，吸水性基团含量越多，性能越高，那么其吸水性便表现的越显著，保水性能更佳[1]。
适当控制交联度，当交联度过低，则保水性降低，当交联度过高，则吸水空间减少，吸水率降低。
（二）高吸水性树脂的吸水原理高吸水性树脂所表现出来的吸水性能，归根结底是高分子电解质离子相互之间的排斥，亦或者是水分子与高亲水基团形成的氢键将分子吸引，形成扩张膨胀，阻碍交联作用的网络结构分子扩张所致。
高吸水性树脂吸水的过程，是一个十分复杂的过程，在吸水之前，高分子网络呈现出固态状态，并未对离子对进行电离分解。
当高吸水性树脂遇到水分的时候，水分子与亲水基产生水合作用，扩展了高分子网束，网内与网外的离子浓度出现差异，造成网络结构内外环境出现渗透压，通过渗透压作用，使得分子渗透到网络结构内部。
通过对高吸水性树脂的吸水原理作出分析可以得知，受到渗透压影响，水分子将会逐步渗透到树脂内部，树脂将会将大量的水分吸收。
伴随着吸水量增加，网络结构便不断扩张，随之而来的便是高吸水性树脂分子链弹性收缩力提升，将阴离子键的静电斥力抵消，实现高吸水性树脂吸水平衡。
高分子网络结构当中含有大量水合离子，这也是提升高吸水性树脂吸水速度和吸水倍率的关键因素。
高吸水树脂的吸水原理
高吸水树脂的吸水原理
高吸水树脂是一种具有高吸水性能的高分子材料，其吸水原理主要基于其特殊的分子结构和化学性质。
首先，高吸水树脂的分子链通常具有高度的交联结构，使得分子间的空隙较小，不易产生结晶。
这种结构使得树脂具有较好的弹性和可塑性，同时也有利于提高树脂的吸水性能。
其次，高吸水树脂分子中通常含有大量的亲水基团，如羧基、羟基、氨基等。
这些基团可以与水分子形成氢键，从而产生强烈的吸水作用。
当树脂与水接触时，水分子的极性基团与树脂的亲水基团相互作用，使得水分子被吸附在树脂的分子链上，形成一种类似凝胶的结构。
此外，高吸水树脂的吸水性能还与其内部的交联程度有关。
适当的交联程度可以使树脂在吸水膨胀时保持一定的弹性，从而更好地承受外部压力。
同时，适当的交联程度也可以控制树脂的吸水速率和吸水量，以满足不同应用场景的需求。
总的来说，高吸水树脂的吸水原理是基于其特殊的分子结构和化学性质，通过与水分子形成氢键等相互作用力，将水分子吸附在树脂的分子链上，形成类似凝胶的结构。
这种吸水作用使得高吸水树脂在多个领域都有着广泛的应用，如农业、医疗、环保等。
在农业领域，高吸水树脂可以用于土壤改良、节水灌溉等方面，以提高农作物的生长效率和抗旱能力。
在医疗领域，高吸水树脂可以用于制造吸收性卫生用品、药物控释载体等方面，以提高产品的舒适度和治疗效果。
在环保领域，高吸水树脂可以用于污水处理、水质净化等方面，以提高水质处理的效率和效果。
因此，对高吸水树脂的吸水原理进行深入研究，有助于更好地开发和应用这种具有重要应用价值的高分子材料。
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。
高吸水性树脂的吸水机理
姓名：赵林玲学号：SA11020023班级：11级高分子科学与材料高吸水性树脂的吸水机理自然界中能吸水的物质很多,按其吸附水的性质来分,基本上分类,一类是物理吸附,像传统的棉花、纸张、海绵等,其吸附主要是毛细管的吸附原理,所以此类物质吸水能力不高,只能吸收自身重量的20倍水,一旦有压力,水便会从中流出。
另一类是化学吸附,通常是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。
此种吸附结合很牢,加压也不能把水放出。
高吸水性树脂是由三维空间网络构成的聚合物,它的吸水,既有物理吸附,又有化学吸附,所以,它能吸收成百上千倍的水。
一．高吸水性树脂与水的作用当水与高分子表面接触时,有种相互作用,一是水分子与高分子电负性强的氧原子形成氢键结合二是水分子与疏水基团的相互作用三是水分子与亲水基团的相互作用。
高吸水性树脂本身具有的亲水基和疏水基与水分子相互作用形成自为水合状态。
树脂的疏水基部分可因疏水作用而易于折向内侧,形成为不溶性的粒状结构,疏水基周围的水分子形成与普通水不同的结构水。
用DSC、NMR分析、高吸水性树脂处于凝胶状态时,存在大量的冻结水和少量的不冻水。
发现亲水性水合,在分子表面形成厚度为一的一个水的分子层。
第一层,极性离子基团与水分子通过配位键或氢键形成的水合水。
第二层,水分子与水合水通过氢键形成的结合水层。
由此计算,水合水的总量不超过一水极性分子,这些水合水的数量与高吸水性树脂的高吸水量相比,相差一个数量级,由此可见高吸水性树脂的吸水,主要是靠树脂内部的三维空间网络间的作用,吸收大量的自由水贮存在聚合物内,也就是说,水分子封闭在边长为一聚合物网络内,这些水的吸附不是纯粹毛细管的吸附,而是高分子网络的物理吸附。
这种吸附不如化学吸附牢固,仍具有普通水的物理化学性质,只是水分子的运动受到限制。
二．高吸水性树脂的离子网络高吸水性树脂在结构上是轻度变联的空间网络结构,它是由化学交联和树脂分子链间的相互缠绕物理交联构成的。
7.高吸水性树脂资料
高吸水性树脂
CH2 CH
+ CH2 CH R CH CH2
COOH
引发剂
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COOH
R
COOH
R
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COONa
COONa
NaOH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COOH
R
COOH
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高吸水性树脂
1.2 高吸水性树脂的制备方法 1.2.1 淀粉类高吸水性树脂的制备方法
美国农业部北方研究中心最早开发的淀粉 类高吸水性树脂是采用接枝合成法制备的。即 先将丙烯腈接枝到淀粉等亲水性天然高分子 上，再加入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺基 团。这种接枝化反应通常采用四价铈作引发 剂，反应在水溶液中进行。
a. 用交联剂网状化反应； b. 自身交联网状化反应； c. 辐射交联； d. 在水溶性聚合物中引入疏水基团
或结晶结构。
a. 粉末状； b. 颗粒状； c. 薄片状； d. 纤维状。
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高吸水性树脂
1.1.1 淀粉类 淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一
种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，用碱性化 合物水解引入亲水性基团的产物，由美国农业 部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉与亲 水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚 合，然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋 化成公司首开先河的。
后将产物用碱水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的 共聚物，不加交联剂即可成为不溶于水的高吸 水性树酯。这类树脂在吸水后有较高的机械强 度，适用范围较广。
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高吸水性树脂
（4）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐
7.高吸水性树脂详解
1 概述
自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、 棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等材料所承担 的。但这些材料的吸水能力通常很低，所吸水 量最多仅为自身重量的20倍左右，而且一旦受 到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。
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高吸水性树脂
60年代末期，美国首先开发成功高吸水性 树脂。这是一种含有强亲水性基团并通常具有 一定交联度的高分子材料。它不溶于水和有机 溶剂，吸水能力可达自身重量的500～2000 倍，最高可达5000倍，吸水后立即溶胀为水凝 胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出。 吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。
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(b) 聚丙烯腈水解法 将聚丙烯腈用碱水解，再用甲醛、氢氧化 铝等交联剂交联成网状结构分子，也是制备高 吸水性树脂的有效方法之一。这种方法较适用 于腈纶废丝的回收利用。 如用氢氧化铝交联腈纶废丝的皂化产物， 最终产品的吸水率为自身重量的700倍。反应 历程如下：
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后将产物用碱水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的 共聚物，不加交联剂即可成为不溶于水的高吸 水性树酯。这类树脂在吸水后有较高的机械强 度，适用范围较广。
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（4）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐
反应而成，不需外加交联剂即可成为不溶于水 的产物。这类树脂由日本可乐丽公司首先开发 成功，吸水倍率为150～400倍，虽吸水能力较 低，但初期吸水速度较快，耐热性和保水性都 较好，故是一类适用面较广的高吸水性树脂。
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高吸水性树脂
CH2 CH
+ CH2 CH R CH CH2
COOH
引发剂
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH