吸水高分子材料
高吸水性功能高分子要点
急速增长到平 稳增长的过程， 向精细化、 功 能化、 智能化 方向发展
1960
1970
1980
1990
2000
美国和日本相继成功开发， 品种、制造方法、性能及 应用领域
西欧各国：各种类型的高 吸水性树脂。 同时市场需求也影响着厂 商的技术转让。
2 高吸水性高分子简介
阴离子系 阳离子系 羧酸类、磺酸类、磷酸类 胺类、季胺类 羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类 羟基类、酰胺基类 羟基-羧酸类、 羟基-羧酸基-酰胺基类、 磺酸基-羧酸基类 淀粉接枝、羧甲基化淀粉、 磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐 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 聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、 聚氧化烷烃类、无机聚合物类
3 高吸水性高分子性能
吸液速率： 吸液速率是指单位质量的高吸水性树脂在单位时间内吸收的液体质量。 吸液速率与其本身的化学组成及物理状态有关, 如微粒的表面积、 毛细管现象、 吸液时是否形成“ 粉团”等。 一般表面积越大即微粒越小,吸液速率越快, 但微粒过小则会形成 “ 粉团”反会阻碍吸液。高吸水性树脂的吸液速率很高, 一般在几分 钟至半小时内吸收的液体已达饱和吸液量。
3 高吸水性高分子性能
热稳定性： 吸水树脂的热稳定性指两个方面, 一方面是吸水剂被加热一定时间后 再测其吸水性能是否发生改变；另一方面是指它吸水时加热, 测定不同 温度下的吸水能力。 一般高吸水性树脂随加热温度的升高, 加热时间的增加吸水能力都有 一定程度的下降, 但在130℃以下变化不是很大。所以其热稳定性较好, 而使用时一般温度都不高, 所以适应性较广。
2 高吸水性高分子简介
吸水能力：受溶液离子浓度影响
原因：属于水凝胶，能够通过和水分子连接的氢键吸收溶液
遇水会反应的高分子
遇水会反应的高分子高分子材料是一类具有特殊结构和性质的大分子化合物，广泛应用于各个领域。
其中，有一类高分子材料在遇到水分时会发生反应，这种特性为许多应用提供了便利。
本文将介绍几种以遇水会反应的高分子材料及其应用。
一、聚丙烯酸钠（SAP）聚丙烯酸钠是一种超吸水性高分子材料，其分子链上含有大量的羧酸基团，使其具有极强的吸水能力。
当SAP与水接触时，水分子与SAP的羧酸基团发生氢键作用，吸附在SAP分子上，从而形成大量的水凝胶。
这种水凝胶具有出色的吸水性能，可用于制备尿不湿、卫生巾等产品。
二、聚乙烯醇（PVA）聚乙烯醇是一种可溶于水的高分子材料，具有优异的附着性和膜化性。
当PVA与水接触时，分子链上的羟基与水分子发生氢键作用，使PVA溶解于水中。
这种特性使得PVA广泛应用于粘合剂、涂料、纸张加工等领域。
三、聚醚酮（PEEK）聚醚酮是一种具有高温稳定性和耐化学腐蚀性的高分子材料。
当PEEK与水接触时，水分子会渗透到PEEK的分子链中，与PEEK分子内的羧基发生反应，导致PEEK的分子链发生断裂。
这种特性使得PEEK可以用于制备水解可降解的材料，例如医疗领域中的可吸收缝线。
四、聚乳酸（PLA）聚乳酸是一种可降解的高分子材料，其分子链中含有大量的酯键。
当PLA与水接触时，水分子会进入PLA的分子链中，与酯键发生水解反应，使PLA分子链断裂。
这种特性使得PLA成为一种环境友好的材料，可用于制备一次性餐具、生物医用材料等。
以上介绍了几种以遇水会反应的高分子材料及其应用。
这些材料的特性使得它们在各个领域中发挥重要作用。
在未来的发展中，我们可以进一步探索这些材料的性能和应用，为人们的生活带来更多便利和创新。
超强吸水高分子材料
LOGO
纤维素系
纯合成高分子 聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚合皂化物 其它 聚乙烯醇交联聚合物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它
聚乙烯醇类
天然高分子加工产物
淀粉类
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 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它
CH
y
CH2
CH COONa
中和
x
湿料
2HNOC
沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
淀粉与丙烯腈制造实例
原料
糊化
通氮净化
产品
粉碎
调PH 干燥
离心中和
制造SAP的新方法——微波法
纸浆纤维
单体丙烯酸 高效节能，无环境污染 加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应
SAP的在污水处理中的应用设想：
细菌，寄生虫
有机杂质
沉淀盐
污水成分
固体颗粒
溶解盐
泥沙
污水的处理流程：
微生物氧化法
有机杂质 高温或加入强氧 固体物质 化剂 细菌，微生物 呈碱性 无机盐
机械搅拌沉淀
弱酸中和
改性SAP
问题与解决：
由于高吸水性树脂是高分子电解质，水中盐类 物质的存在和pH值的变化都会显著影响树脂的 吸水能力。
问题：
怎么样减少污水中的无机盐进入SAP的网状结 构中？
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
保水能力强 吸
合成工艺复杂，易腐败，耐热性
不佳，吸水后凝胶强度低，长期保水 性差，耐水解性较差。 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
尿便吸收贴身用品的创新材料及其应用优势介绍
尿便吸收贴身用品的创新材料及其应用优势介绍随着人们对生活质量需求的提高，尿便吸收贴身用品在日常生活中的重要性逐渐凸显。
尤其是对于身体不便、行动不便、产后妇女、老年人等特殊人群而言，优质的尿便吸收贴身用品能够为他们提供舒适、健康的生活保障。
而这些贴身用品的质量和性能则取决于所采用的创新材料。
本文将介绍几种常见的尿便吸收贴身用品创新材料，并探讨它们的应用优势。
一、超吸水高分子材料超吸水高分子材料是尿便吸收贴身用品中最重要的材料之一。
常见的超吸水高分子材料包括聚丙烯酸钠（SAP）、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸银等。
这些材料具有高度吸水性能，可以快速吸收并锁住液体，保持表面干爽。
超吸水高分子材料的应用优势在于其强大的吸水能力和长时间的锁水效果。
它们能够减少尿液排泄的感觉，提高使用者的舒适感，并有效预防泄漏和污染。
二、透气材料透气材料是尿便吸收贴身用品中的关键材料之一。
常见的透气材料包括无纺布、气孔聚乙烯等。
这些材料具有良好的透气性，可以保持肌肤的干燥和呼吸。
透气材料的应用优势体现在两方面。
首先，它们可以有效防止湿疹、皮肤瘙痒等皮肤问题的发生，保护肌肤健康。
其次，透气材料可以排出体内的湿气，减少尿便吸收贴身用品的闷热感，提升使用者的舒适度。
三、防漏隔离膜防漏隔离膜是尿便吸收贴身用品中起到防泄漏、阻隔臭氧等作用的重要材料。
常见的防漏隔离膜包括PE薄膜、复合膜等。
这些薄膜材料具有高强度、高耐压的特点，可以有效阻止尿液泄漏，并阻隔异味的扩散。
防漏隔离膜的应用优势在于可靠的防泄漏性能和良好的臭氧阻隔效果。
它们能够有效避免尿液泄漏引发的尴尬和不便，提高使用者的自信心和生活质量。
四、环保可降解材料环保可降解材料是近年来尿便吸收贴身用品创新的重点研发方向之一。
这些材料通常采用生物基材料、可降解塑料等制成，具有良好的可降解性和环保性。
环保可降解材料的应用优势显而易见。
首先，它们可以减少对环境的污染，降低废弃物对于土壤和水源的负面影响。
高分子吸水性树脂
2.高吸水性树脂分类 2.高吸水性树脂分类
⑴淀粉类 淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格 低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接 枝共 聚反应的单体主要是亲水性和水解后 变成亲水性的乙烯类单体。 目前合成高吸 水树枝通常采 用的是自由基型接枝共聚。 例如：淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸化 淀粉、淀粉磺酸盐等。
3.高吸水性树脂的特点 3.高吸水性树脂的特点
⑶对光和热的稳定性 不同的吸水性树脂在吸水状态时，有不同的热稳定 性，淀粉类高吸水性树脂在 150℃加 热 1h，开始变 150℃ 1h，开始变 黑，吸水能力下降，如把高吸水性树脂储存在密闭的 容器中，可储存 3~4 年。 ⑷吸氨性强 树脂中含有羧基的聚合阴离子物，适当调节 pH 值， 使部分羧基呈酸性，可吸收氨，有明 显的防臭作用。
由于 SAR 具有许多优异的性能，从而被广泛应用 具有许多优异的性能， 于农业、林业、园艺、医药、医疗、 生理卫生、 于农业、林业、园艺、医药、医疗、 生理卫生、 石油、化工、环境保护、美容化妆、建材、 石油、化工、环境保护、美容化妆、建材、生化 技术和食品等众多领域， 技术和食品等众多领域，并越来 越受到人们的关 注和青睐。 注和青睐 。 卫生用品卫生用品是最早使用 SAR 且应用研究比较成规模的一个领域。 且应用研究比较成规模的一个领域 。 由于 SAR 具有 吸水率高、保水性强、安全无毒、重量轻、 吸水率高、保水性强、安全无毒、重量轻、 吸液量大等优点， 吸液量大等优点，一问世就受到卫生用品厂家的 重视，被制成一次性婴儿尿布、妇女卫生巾、 重视，被制成一次性婴儿尿布、妇女卫生巾、宇 航员尿袋、餐巾、手帕、母乳垫片、 航员尿袋、餐巾、手帕、母乳垫片、手术衬 垫等。 垫等。
3.高吸水性树脂的特点 3.高吸水性树脂的特点
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。
高分子吸水sap生产工艺
高分子吸水sap生产工艺一、高分子吸水SAP的定义和应用领域高分子吸水SAP（Super Absorbent Polymer）是一种具有极强吸水能力的高分子材料，能迅速吸收和储存大量的水分，具有广泛的应用领域。
它常用于卫生用品、农业、工业和医疗等领域，如纸尿裤、卫生巾、农田保水、水凝胶药物等。
二、高分子吸水SAP的生产原料高分子吸水SAP的主要原料是丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM），通过化学反应合成成为高分子聚合物。
此外，还需要添加交联剂、溶剂、稳定剂和抗氧剂等辅助材料。
三、高分子吸水SAP的生产工艺1. 原料准备：将丙烯酸和丙烯酰胺按照一定比例混合，并加入适量的溶剂，形成原料溶液。
同时，准备好交联剂、稳定剂和抗氧剂等辅助材料。
2. 聚合反应：将原料溶液加入反应釜中，控制反应温度和反应时间，触发聚合反应。
在聚合反应中，丙烯酸和丙烯酰胺的单体分子会发生共聚反应，形成线性聚合物。
3. 交联反应：在聚合反应的同时，添加交联剂，使线性聚合物发生交联反应，形成高分子网状结构。
交联剂的添加量和反应条件的控制会影响吸水SAP的结构和性能。
4. 除溶剂：将反应后的高分子吸水SAP溶液经过除溶剂处理，去除反应过程中使用的溶剂。
除溶剂的方法可以是蒸发、洗涤或其他物理处理。
5. 干燥和粉碎：将除溶剂后的高分子吸水SAP进行干燥，去除余留的水分，使其达到所需的含水率。
然后，使用粉碎设备将干燥的高分子吸水SAP粉碎成所需的颗粒大小。
6. 包装和成品：将粉碎后的高分子吸水SAP根据需要进行包装和质量检测，然后成品可以出厂销售或用于后续生产制造。
四、高分子吸水SAP生产工艺的优化和改进为了提高高分子吸水SAP的吸水能力和稳定性，生产工艺需要不断优化和改进。
一方面，通过调节原料比例、交联剂的选择和添加量，以及反应条件的控制，可以改善高分子吸水SAP的性能。
另一方面，采用新的合成方法和设备，如溶液聚合法、悬浮聚合法和微乳化聚合法，可以提高高分子吸水SAP的产量和质量。
第八章超强吸水高分子材料
其它
多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等
三、基本结构
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
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
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）。
微观结构
多孔网状结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
五、合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引
解释
引发自由 发
基聚合反应
剂
交
令聚合物
链相互交联
联
决定了树
剂 脂空间网络 的大小
影
响
用量：一般为单体的0.01~0.8%
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
四、SAP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
吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ
• 大孔型 树脂内部有永久微孔；不需溶胀的状态也 可使用
弱酸型阳离子大孔树脂 凝胶树脂
制备
• 一般采用常规的悬浮聚合方法
大孔型树脂母体的制备 大孔型树脂母体主要是通过在共聚单体中添加致
孔剂的方法制备的。一般合成过程如下
致孔剂通常是一类不参与聚合，能与单体混溶， 使交联共聚物溶胀或沉淀的有机溶剂。 聚合过程 中，致孔剂分布在单体及已聚合的共聚物中。随着 聚合转化率提高，油珠逐渐固化。聚合反应完成后， 用水蒸气蒸馏或溶剂提取方法除去致孔剂，结果留 下孔穴，形成具大孔结构的球状树脂母体。
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神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂
随着科学技术和国民经济的发展，高分子材料已经渗透到各个领域。
各种塑料制品、薄膜、人造皮革、合成橡胶、合成纤维等已经成为人们生活中不可缺少的材料。
功能高分子材料是20世纪60年代发展起来的新型领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。
功能高分子有时也称为精细高分子或特种高分子，至今还没有一个准确的定义，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
高吸水性树脂就是一种新型的功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，最高可以达到5300倍的水，即使挤压也很难脱水，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。
高吸水性树脂的种类很多，所用原料及工艺方法也各不相同。
主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接校共聚物类等，此外还有与橡胶共混的复合性吸水材料。
在上述各种类型中，研究开发较多的为聚丙烯酸酯类。
该树脂系以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。
由于工艺较为简单，易于操作，制得的树脂吸水率高，生产成本较低，因此发展非常迅速。
高吸水性树脂是一种白色或徽黄色、无毒无味的中性小颗粒。
它与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通过化学作用吸水的。
所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水，因此可用作农业、园林、苗不移植用保水剂。
在蔬菜，花卉种植中，预先在土壤中撒千分之几的高吸水性树脂，可使蔬菜长势旺盛，增加产量。
在植树造林中，各种苗木移植期间往往因为保管不善而干枯死亡。
如果将刚出土的苗木用高吸水性树脂的水凝胶液进行保水处理，其成活率可显著提高。
有人做过山茶花、珊瑚树的移植试验。
经保水处理的成活率达百分之百，而未作处理的成活率很低或全部死亡。
高吸水性树脂还可作为种子涂覆剂，在飞播造林、入早草原方面大显身手。
高吸水性树脂除具有吸水量高，保水性好、吸水性快，吸氨力强、无毒副作用等特点外，其最突出的特点是它与苯、甲苯、丙酮、乙醚、甲醇、乙醇、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、醋酸等化学试剂混合时，可使试剂脱水，却不与试剂发生化学反应。
它吸收试剂中的水份后，变成一种凝胶状的物质。
如果把吸足水份的保水剂分离出来，烘干后可重复使用。
高吸水性树脂用于化工生产，可大大提高各种化学试剂的浓度、纯度和产品的质量。
它可以取代化工生产中的精馏塔，从根本上改革生产工艺，大大降低了生产成本，经济效益十分可观。
高吸水性树脂，可以做成吸血纸，代替医用药棉。
坯可加工成妇女卫生巾、婴幼儿纸尿布、纸手帕以及纸餐巾等。
妇女卫生巾携带方便，卫生、柔软舒适，
婴幼儿纸尿布可以一夜不换。
做成纸尿袋可使某些在公共场所无厕可入的人解除尿胀难忍的痛苦，某些老年人因肾功能衰退，小便频繁或因伤残行动不便的人，使用纸尿袋更为方便。
此外，高吸水性树脂还可用作工木建筑工程中的淤泥干操剂，室内空气芳香剂，蔬菜、水果、纸烟的保鲜剂、防霉剂、其它工业上的油水分离剂、阻燃剂、防水剂、防潮剂、固化剂以及吸水后体积膨胀的儿童玩具等。
高吸水性树脂最早是在1978年首先在日本三洋化成公司正式投入工业化生产和应用的，目前，全世界高吸水性树脂的总生产能力已经超过130万吨/年，其中日本触媒化学公司是目前世界上最大的高吸水性树脂生产公司，生产能力达到25万吨/年。
目前，全世界对高吸水性树脂的总需求量约为90万吨/年，且有逐年增加的趋势。
由于东南亚地区、中南美国家、东欧以及世界其他地区使用婴幼儿或成人用纸尿裤和卫生巾的普及率日益扩大，对高吸水性树脂的市场需求量迅速增加，致使高吸水性树脂的生产厂商相继展开扩产或国际化生产的策略。
美国每年大约消费30万吨的高吸水性树脂，约占世界高吸水性树脂消费总量的35%，欧洲的消费量约为20万吨/年，约占总消费量的25%，日本的消费量约为8万吨/年，约占总消费量的10%，其中约有一半以上是使用于婴幼儿纸尿裤上，其他在园艺、食品、土木、建筑等领域中的用途也日益扩大，其他地区的总消费量约占30%。
预计到2005年，全世界对高吸水性树脂的需求量将达到约120万吨，消费年均增长率约为4%-5%。
我国从20世纪80年代末期开始进行高吸水性树脂的研究开发工作，目前生产厂家有10多家，总生产能力约为1万吨/年，实际产量约为5000吨/年，主要的生产厂家有辽宁抚顺市化工研究所、中国科学院兰州化学物理研究所、河北唐山博亚科技公司、山东省医疗器械研究所、吉林省石油化工设计研究院、原化工部成都有机硅研究中心、辽宁营口市石油化工研究院、吉林化工学校高新技术开发公司、江苏无锡海龙卫生材料公司、河北新奥集团公司、河北保定科翰树脂厂以及黑龙江北安旭光化工厂等。
目前，我国高吸水性树脂的消费量约为2.0万吨/年，其中个人卫生用品（卫生巾、婴儿纸尿布等）消费量最大，其次是农林和其他方面。
由于目前我国高吸水性树脂的产量还不能满足国内实际生产的需求，因而每年都得花费大量的外汇从日本佳友精化、三洋化成和三菱油化等公司进口，预计到2005年我国对高吸水性树脂的需求量将达到3.0-3.5万吨，而目前生产能力只有1万吨/年左右，因而开发利用前景十分乐观。