第四章超强吸水高分子介绍
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
超强高分子吸水材料的研究进展与应用
高吸水树脂的现状、发展与前景[摘要]本文综述了超强高分子吸水材料的发展历史、现状、发展方向及应用情况,并简述了超强高分子吸水剂的分类、结构特点、吸水机理及合成原理和方法。
[关键词]超强高分子吸水剂;高吸水性树脂;研究进展超强高分子吸水材料即高吸水性树脂,是一类新型的功能高分子材料。
它具有吸水量大和保水性强两大特点,它可以吸收比自身重量高几百到几千倍的水,而且所吸入的水在适当的压力下也不会被挤出。
这是传统的吸水材料如纸、海棉、泡沫塑料等所无法比拟的。
高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。
60 年代初美国农业部北方研究中心的L. A. Gugliemelli[1 ]等最早开始淀粉接枝丙烯腈研究,其后同中心的G. F. Fanta[2 ]等人接着研究,并与1966 年首先宣布,他们制定出了淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂,并指出,这种树脂比以往的任何材料的吸水性能都要好。
他们的研究结果立即引起了世界各国的广泛关注,相继开展了这方面的研究,并取得了不错的进展。
美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列,到80 年代已实现了工业化生产。
我国是从80 年代才开始高吸水性树脂研的,1982 年中科院化学所[3 ]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类树脂,直至目前国内研究高吸水性树脂一直是一个热点,每年有大量的文献报道,已有专利几十项。
但这些多是基础性研究,在应用研究和工业化生产方面与国外尚有很大的差距。
1 高吸水性树脂的分类与特点高吸水性树脂的种类很多,总的来说,可以分成天然高分子与合成高分子两大类．高吸水性树脂的品种很多,但目前国内外研究与应用最多的集中在:(1) 聚丙烯酸类和淀粉接枝丙烯酸类;(2) 聚丙烯腈水解物类和淀粉接枝聚丙烯腈水解物类;(3) 纤维素类;(4) 聚乙烯醇类。
其中应用最为广泛的聚丙烯酸类。
1．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。
高吸水保水高分子
三、高吸水高分子材料的分类
按亲水基团分 ①非离子系:如羟基类、酰胺基类等 ②阴离子系:如羧酸类、磺酸类、磷酸类等 ③阳离子系 :如叔胺类、季铵类等 ④两性离子系：如羧酸－季铵类、磺酸－叔胺类 ⑤多基团类 ：如羧酸－羟基类、羧酸基－酰氨基 －羟基类、磺酸基－羟羧基类等 由于基团间的协同效应，一般多基团类的吸 水性能优于单一基团
高吸水性树脂是在水溶性聚合物的基础上 通过交联水解技术制得,它具有低交联度、高 溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。 从化学结构看,高吸水性树脂主链或侧链上 含有亲水性基因如羟基、酰胺基、羧基、磺 酸基等;从物理结构看,这是一个低交联度的三 维网络。
高吸水高分子的吸分子材料的应用
5.4 在土木建筑方面的应用
止水防水材料 结露防止剂、润湿剂 防污涂料 易玻璃涂料 高强度混凝土制品
五、高吸水高分子材料的应用
5.5 在石油化工方面的应用
堵水剂 石油工业管线密封 原料或成品的脱水 污水处理
五、高吸水高分子材料的应用
5.6 在矿山防尘方面的应用
抑止露天矿山路面的粉尘飞扬 防止巷内落尘飞扬 尾砂库或排土场的抑尘剂 矿岩装卸过程的抑尘剂 爆破作业的抑尘剂
三、高吸水高分子材料的分类
根据交联反应类型分 ①用交联剂交联在材料体内形成网络结构，如多反应 官能团交联剂交联的水溶性聚合物，多价金属离子交 联的水溶性聚合物、高分子交联剂交联的水溶性聚合 物等； ② 通过反应物的自交联形成网络结构，如聚丙烯酸盐、 聚丙烯酰胺等的自交联； ③采用高能射线辐照使反应物交联形成网络状结构， 如聚乙烯醇、聚氧化烯烃的射线辐照进行交联； ④水溶性聚合物导入疏水基或形成结晶度较高的聚合 物使之不溶于水，如聚丙烯酸与含长链（C12～C20） 的醇进行酯化反应得到不溶性的高吸水性聚合物等。
吸水性强的材料
吸水性强的材料在日常生活和工业生产中，我们经常会用到吸水性强的材料。
这些材料可以迅速吸收水分，起到干燥、保护、过滤等作用。
本文将介绍一些常见的吸水性强的材料及其应用。
首先，我们来介绍一种常见的吸水性强的材料——高分子吸水树脂。
高分子吸水树脂是一种具有很强吸水能力的高分子材料，它可以迅速吸收大量的水分，并形成凝胶状物质。
这种材料常用于卫生用品中，如尿不湿、卫生巾等。
它可以有效地吸收体液，保持表面干燥，防止细菌滋生，保护皮肤健康。
除了高分子吸水树脂，还有一种常见的吸水性强的材料是活性炭。
活性炭具有很强的吸附能力，可以吸附水分、气体、杂质等。
它常用于空气净化、水处理、防毒防毒等领域。
活性炭可以有效地去除水中的有机物、异味物质，保持水质清洁；同时也可以吸附空气中的有害气体、异味，保持空气清新。
此外，还有一种常见的吸水性强的材料是硅胶。
硅胶是一种无机材料，具有很强的吸水性和吸湿性。
它可以吸收空气中的水分，起到干燥、防潮的作用。
硅胶常用于包装、储存、运输中，用来保护物品不受潮湿影响。
同时，硅胶还可以用于制作干燥剂，吸收电子产品、药品、食品等的潮气，保持其质量和稳定性。
除了以上几种常见的吸水性强的材料外，还有许多其他材料也具有较强的吸水性能，如氢氧化铝、氧化铁、硫酸钙等。
这些材料在工业生产、环境保护、生活日常中都有着重要的应用价值。
总之，吸水性强的材料在日常生活和工业生产中发挥着重要的作用。
它们可以帮助我们保持环境干燥、保护物品、净化空气、改善生活质量。
随着科技的发展，相信会有更多更先进的吸水性强的材料出现，为我们的生活带来更多便利和舒适。
《高吸水保水高分子》课件
欢迎来到《高吸水保水高分子》PPT课件！本课程将向您介绍高吸水保水高分 子的定义、制备方法、特性、应用领域以及发展前景。
高吸水保水高分子简介
高吸水保水高分子是一类能够吸收和保持大量水分的高分子材料。它们用途 广泛，可应用在多个领域。
高吸水性高分子的类型
离子型高分子
高吸水性高分子的特性
• 吸水性能 • 保水性能 • 可溶性 • 热稳定性
高吸水性高分子的应用领域
1
卫生用品
高吸水保水高分子广泛应用于卫生用品如
农业用品
2
尿不湿、卫生巾和纸尿裤等。
农业用品如保水涵、水凝土剂和土壤调节
剂等也采用了高吸水保水高分子。
3
化妆品
高吸水保水高分子在化妆品中的应用包括 化妆水、乳液和面膜等。
高吸水性高分子的发展前景
1 国内外市场规模
高吸水保水高分子市场正在不断扩大，国内外市场潜力巨大。
2 技术研究与进展
科学家正在不断研究高吸水保水高分子的技术和应用，取得了很多进展。
3 产业化应用前景
高吸水保水高分子的产业化应用前景非常乐观，有着广阔的市场空间。
结语
高吸水保水高分子具有巨大的潜力和机遇，未来发展必将受到政策和市场双 重促进。
离子型高分子可分为酸性和基性两种类型。
非离子型高分子
非离子型高分子是一种不带电荷的高分子材料。
高吸水性高分子的制备方法
溶液聚合法
通过在溶液中进行聚合反应来制 备高吸水性高分子。
悬浮聚合
均相聚合法
利用均相催化剂在溶液中进行聚 合反应，得到高吸水性高分子。
超强吸水高分子材料ppt课件
自古以来，吸水资料的义务不断是由纸、 棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等资料所承 当的。但这些资料的吸水才干通常很低，所 吸水量最多仅为本身分量的20倍左右资料综述
60年代末期，美国首先开发胜利超强吸水高 分子资料
用途广泛
淀粉系超高吸水高分子资料
超强吸水剂的研讨来源于淀粉系，美国北方农业 省研讨所从淀粉接枝丙烯氰开场， 接着于1966年完 成该项研讨，并投入消费。
80年代我国开场了对淀粉系高吸水性树脂的研讨。
• 超强吸水高分子资料(Super Absorbent Polymer简称SAP) 也称为高吸水性树脂、 超强吸水剂、高吸水性聚合物， 是一种具 有优良吸水才干和保水才干的新型功能高 分子资料。
• 和传统吸水资料的区别
SAP的优点
1. 吸水才干高： 2. 可达本身分量的几百倍至几千倍。
2. 保水才干高:即使受压也不易失水
超强吸水高分子材料
OH
H
O
OH
O
HO
H
OH
O
HO
H
H
O
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OH
H
O
H
O
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O
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纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
O
O
O
O
O
O
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区 缺
纤维素系
抗霉解性优
合成系
工艺简单，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。
水、保水能力强 吸水速度较快耐 水解，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
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
微观结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
多孔网状结构
四、合成高吸水分子中一些重要术语
术语 引 发 剂 交 联 剂 令聚合物 链相互交联 决定了树 脂空间网络 的大小 用量：一般为0.2～0.8% 用量过多：网络收缩 用量太少：树脂溶解度 吸水率 吸水率 引发自由 基链反应 解释 影 响 用量：一般为单体的0.01~0.8% 用量过多： 网络变小 吸水率 用量过少： 可溶部分增多 吸水率
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
二、分
类
淀粉系
SAP
合成高分子系
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
高吸水性高分子
高吸水性高分子的应用研究淮海工学院材料102 周淑楠 051002237摘要：高吸水性高分子基本上是具有与水亲和性高之离子基的高分子，高分子的分子间具架构结合的构造。
其中具羧酸钠基的丙烯酸钠聚合体的架桥物，因产业生产轻易、成本低，故为最适用的吸水性高分子。
关键字：高吸水性、架桥、网状化、亲水性、混合高分子。
高吸水性高分子（Superabsorbent polymers，简称SAP，也叫高吸水性树脂，超强吸水机，高吸水性聚合物），是一种能够吸收并保留相对于其本身质量要大得很多的液体的新型功能高分子材料。
吸水高分子，属于水凝胶，能够通过和水分子连接的氢键吸收溶液。
因此，高吸水性高分子吸水能力受溶液离子浓度影响。
在去离子水和蒸馏水中，高吸水性高分子可以吸收500倍于本身重量（30-60倍于本身体积），但是如果放入0.9%盐水中，吸收能力下降到50倍于本身重量。
溶液中的价态阳离子的出现会妨碍高分子与水分子形成价键的能力。
总吸收性和膨胀能力由和高分子的交联类型和交联度所控制。
低密度交联高吸水性高分子通常具有较高吸水能力，并膨胀到比较大的程度。
高交联密度的高分子显示出来低吸收能力和膨胀能力。
胶的强度较强，能在适当的压力下保持颗粒的形状。
高吸水性高分子最大的用途是一次性个人卫生用品，比如小孩儿尿布，成人安全内裤和卫生巾。
上个世纪80年代，由于担心和中毒性休克症有关，卫生棉条中不再使用高吸水性高分子。
高吸水性高分子也被也可用于阻止水或地下电力通信电缆，园艺保水剂，以及废物的泄漏控制水的渗透液，以及电影或者舞台剧中人工造雪。
高吸水性高分子是指其吸水能力超过自身质量数百倍甚至几千倍的吸附树脂，它属于功能高分子范畴。
在吸水前，高分子的长链相互交缠，且分子链间以架桥结合形成三次元网目构造，故成一整体。
但因高分子链上的羧酸钠基为亲水性，且易解离（于水中分解为离子与(离子），故吸水后即如溶解般扩大。
高分子链网目内被水侵入后，羧酸钠基(－coo(na)中的离子即解离、离开，剩下羧酸基留在高分子链上，这些同带负电荷的羧酸基会互相排斥，于是使高分子链的网目进一步扩大，因此可吸收并保持更多的水。
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Super
吸水前
吸水后
Ab s o rb e nt po lym e r
超强吸水高分子材料综述
保水能力高:即使受压也不易失水
SAP优点
Super
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超强吸水高分子材料综述
用途
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超强吸水高分子材料综述
Super
分子材料。
物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高
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超强吸水高分子材料发展
传统吸水材料：纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料 等材料。 60年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂，含有 强亲水性基团并具有一定交联度的高分子材料。 问世 30多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透 到各行各业。 如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂等； 在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、 抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等。在 日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料 等
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
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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。
Super
比
较
类别
聚丙烯酸（盐）类
聚乙烯醇类
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。 吸水性强，工艺成
CH2OH
O
水解
NaOH
O
OH
O
CH2 n-2
CH
y
CH2
CH COONa
中和
x
湿料
Super
OH
2HNOC
沉析
烘干
粉碎
纤维素吸水树 脂干料
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淀粉与丙烯腈制造实例
原料
糊化
通氮净化
Super
产品 粉碎 调PH 干燥 离心中和
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Super
网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入.
树脂的网络扩张。
（外）
H2O
（内）
Ab s o 吸水树脂的离子型网络 rb e nt po lym e r
交 联 点
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。
Super
吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图
Ab s o rb e nt po lym e r
Super
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二、分
类
甲壳质衍生物
Super
合成高分子系
淀粉系
SAP
纤维素系
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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
Super
聚乙烯醇类 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
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天然高分子加工产物
淀粉类
Super
其它
纤维素类
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 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白 质类等
似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树
脂的制备
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甲壳质衍生物
Super
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Super
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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
制造SAP的新方法——微波法
纸浆纤维
Super
高效节能，无环境污染
单体丙烯酸
加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应
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Super
思考题: 1. 比较离子交换树脂、高吸水性树脂以及高 分子絮凝剂的分子结构的特点。 2. 比较与分析形成一般吸水材料如棉花、海 绵、纸与高吸水树脂如此大差异的原因。 3. 如何改善高吸水性高分子材料的性能？
OH H
O
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HO H OH H O
纤维素系超高吸水高分子材料
纤维素结构
O
Super
O O O O
O O
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比较
淀 粉 系
价格低廉、生物降解性能好
区
别
纤维素系
抗霉解性优
合成系
工艺简单，吸水、
缺 点
Super
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
Super
H OH H O O OH HO H OH H O H O HO H H OH H O
第四章
Super
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超强吸水高分子材料
吸 高吸水分子中一些重要术语
接枝共聚反应实例
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超强吸水高分子材料定义
超强吸水高分子材料(Super Absorbent Polymer简称 SAP)也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚合
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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
Super
线型聚丙 烯 酸 结构示意图
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共 同 系 点
联
优 与 点
合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳， 保水能力强 吸水 吸水后凝胶强度低，长期保水性差，耐 速度较快耐水解， 水解性较差。 吸水后凝胶强度 储量丰富，可不断再生，成本低;无毒且 大，保水性强.抗 能微生物分解，可减少对环境的污染。 菌性好.但可降解 均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类 性差.适用于工业 生产
Super
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超强吸水高分子材料综述
既然安上super这个头衔, 那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别
Super
普通吸水材料
SAP
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超强吸水高分子材料综述
SAP优点
吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。
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Super
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
有压力时水会流出。
化学吸附 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。
Super
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2.SAP的吸水原理
较慢。通过毛细管吸附和分散作用吸水。 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
五、合成高吸水分子中一些重要术语
术语
引
解释
影
响
发
剂 交 联
引发自由
用量：一般为单体的0.01~0.8% 用量过多： 网络变小 吸水率
基聚合反应
用量过少： 可溶部分增多 吸水率
Super
令聚合物 决定了树 链相互交联 脂空间网络 的大小 用量过多：网络收缩
用量：一般为0.2～0.8% 吸水率
剂
用量太少：树脂溶解度
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从物理结构看： 丙烯酸类）。
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
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Super
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微观结构
Super
多孔网状结构
淀粉－聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图
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吸水率
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Super
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天然产物的接枝改性
CH2OH
O O
CH2OH
O
活化 17.5%NaOH n-2
mCH2
CHCN K+盐引发剂
OH O
CH CH2 n-2
Super
O O
OH
CN m
OH