1-高吸水性高分子材料教程
高吸水性树脂的合成
研究背景
研究背景
高吸水性树脂的应用领域广泛，如用作尿布、卫生巾、止血棉等医疗用品的 吸水材料，提高农作物的抗旱能力，以及在土木工程中用作土壤保水剂等。自20 世纪60年代以来，高吸水性树脂的研究和开发逐渐受到重视，至今已发展成为全 球范围内的重要产业。
合成方法
1、原材料选择
1、原材料选择
合成高吸水性树脂的原材料主要包括天然高分子材料和合成高分子材料。天 然高分子材料如纤维素、甲壳素等，具有环保、可持续等优点，但产量有限。合 成高分子材料如聚丙烯酸、聚乙烯醇等则具有较高的吸水能力，且可通过对聚合 物的分子量、交联度等进行调控来优化吸水性能。
材料与方法
在材料选择方面，目前常用的高吸水性树脂主要包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇、聚氧化乙烯等。这些聚合物材料具有不同的化学结构和性质特点，因 此在制备高吸水性树脂时需根据实际需求进行选择。此外，为了改善高吸水性树 脂的性能，研究者们还尝试了多种改性方法，如添加交联剂、引发剂、功能性单 体等。
合成路线
合成路线
以聚丙烯酸高吸水性树脂为例，其合成路线可简述为：首先选择原材料聚丙 烯酸单体、交联剂、引发剂等，通过溶液聚合法将单体聚合成为预聚体，再加入 交联剂进行交联反应，形成三维网络结构的高分子聚合物，最后经过洗涤、干燥 等步骤得到高吸水性树脂。
性能评价
性能评价
高吸水性树脂的性能评价主要包括以下几个方面： 1、吸水速度：指单位时间内树脂吸收的水分量。一般而言，吸水速度与树脂 的交联度、分子量等因素有关。
结论
结论
高吸水性树脂作为一种具有优异吸水性能的材料，在多个领域具有广泛的应 用前景。本次演示详细探讨了高吸水性树脂的合成方法及特点，包括原材料选择、 制备工艺、成型工艺以及性能评价等方面，为相关领域的研究和应用提供了有益 的参考。随着科技的不断进步和创新，相信高吸水性树脂的研究和应用将取得更 加瞩目的成果。
实验六 高吸水性树脂的制备
一、实验目的
1. 了解高吸水性树脂的基本功能及其用途。
2. 掌握制备合成聚合物类高吸水性树脂的基本方法。
二、实验原理
高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，具 有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，且 保水性能有良，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。
按照原料划分，高吸水性树脂可分为淀粉类、 纤维素类、合成聚合物类。前两者是在天然高分子 中引入亲水性基团制成的，后者则是由亲水性单体 聚合或对合成高分子进行化学改性制得的。
高吸水性树脂的结构特点： 1. 分子中具有强亲水性基团，如羧基、羟基 等。与水接触时，聚合物分子能与水分子迅速形 成氢键或其他化学键，对水等强极性物质有一定 的吸附能力。 2.聚合物通常为交联型结构，在溶剂中不溶， 吸水后能迅速溶胀。由于水被包裹在呈凝胶状的 分子网络中，不宜流失和挥发。 3. 聚合物应具有一定的立体结构和较高的相 对分子质量，吸水后能保持一定的机械强度。
三、实验仪器及试剂
丙烯酸（AA） 25%KOH溶液 过硫酸钾 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺 蒸馏水 装有搅拌器、冷凝管、温度计的三颈瓶 13mL 32mL 0.2g 0.05g 75mL 1套
四、实验步骤
1. 将75mL蒸馏水、13mL丙烯酸加入三口瓶中，室温 下搅拌均匀。 2. 在室温下缓慢滴加32mL KOH溶液（约半小时滴 完）。 3. 往三口瓶中加入0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺， 0.2g过硫酸钾，搅拌使其溶解。 4. 加热搅拌，温度维持在75℃。体系变为果冻状时 结束反应。 5. 将产品倒入烧杯中，在烘箱中于50℃烘干。
合成聚合物类高吸水性树脂目前主要有聚丙 烯酸盐和聚乙烯醇系两大类。其合成路线主要有 两条途径：一是由亲水性单体或水溶性单体与交 联剂共聚，必要时加入含有长碳链的憎水性单体 以提高其机械强度。调整单体的比例和交联剂的 用量以获得不同吸水率的产品。这类单体通常经 自由基聚合制备。第二种合成途径是将已合成的 水溶性高分子进行化学交联使之转变为交联结构， 不溶于水而仅溶胀。
《高吸水性树脂》课件
CHAPTER
高吸水性树脂的性能特点
总结词
高吸水性树脂具有极高的吸水能力，能够吸收相当于其自身重量数百倍甚至数千倍的水分。
详细描述
高吸水性树脂内部具有交联的三维网络结构，可以形成大量的吸附空间，从而有效地吸附并固定大量的水分。这种高吸水性使其在水资源匮乏地区或干旱季节具有广泛的应用前景。
高吸水性树脂具有很好的保水性能，即使在外部环境变化的情况下也能保持水分。
总结词
由于高吸水性树脂的特殊结构，它能有效地保持所吸附的水分，不易流失。这使得它在农业、园艺等领域成为一种有效的节水灌溉材料，有助于提高植物的生长效率和抗旱能力。
详细描述
高吸水性树脂对生物和人体无毒无害，具有良好的生理惰性。
总结词
高吸水性树脂不含有毒物质，不会对人体和环境造成危害。它可以用于制造医疗用品、个人卫生用品等，为人们的生活带来便利和安全。同时，由于其生理惰性，高吸水性树脂还可用于药物载体、组织工程等领域。
高吸水性树脂可以用于止血，快速吸收血液并促进血液凝固。
止血材料
高吸水性树脂可以作为药物载体，控制药物的释放速度，提高药物的疗效和降低副作用。
药物载体
高吸水性树脂可以用于医疗器械的制造，如导管、绷带等。
医疗器械
05
CHAPTER
高吸水性树脂的发展趋势与展望
VS
随着科技的不断进步，高吸水性树脂新材料的研究和应用也在不断深入。这些新材料具有更高的吸水性能、更强的耐久性和更广泛的用途，为高吸水性树脂的发展提供了新的机遇。
详细描述：高吸水性树脂在多个领域具有广泛的应用，包括农业、卫生用品、建筑材料、石油和采矿等。
02
CHAPTER
高吸水性树脂的制备方法
物理法是利用物理手段，如加热、加压、吸附等，将水分子与高分子聚合物结合，制备高吸水性树脂的方法。
优选功能高分子吸附性高分子材料Ppt
离子交换树脂的分类： 离子交换树脂的分类方法有很多种，最常用和
最重要的分类方法有以下两种: （1）按交换基团的性质分类
阳离子交换树脂和阴离子交换树脂
阳离子交换树脂分为强酸型和弱酸型两种。 如R—SO3H为强酸型，R—COOH为弱酸型。 阴离子交换树脂分为强碱型和弱碱型两种。 如R3—NCl为强碱型，R—NH2为弱碱型。
各类离子交换树脂的分类号为： 0 强酸型阳离子交换树脂 1 弱酸型阳离子交换树脂 2 强碱型阴离子交换树脂 3 弱碱型阴离子交换树脂 4 螯合型离子交换树脂 5 两性型离子交换树脂 6 氧化还原型离子交换树脂
编号 0 1 2 3 4 5 6
骨架分类 聚苯乙烯系 聚丙烯酸系 酚醛树脂系 环氧树脂系 聚乙烯吡啶系 脲醛树脂系 聚氯乙稀系
对凝胶型离子交换树脂，往往在型号后面用“×” 和一个阿拉伯树脂相连，以表示树脂的交联度 （质量百分数），
而对大孔型树脂，则在型号前冠以字母“D”。
×
D
分 骨 顺 联交
类 架 序 接联
代 代 号 符度
号号
号％
凝胶型离子交换树脂的型号
大 分骨顺 孔 类架序 型 代代号 代 号号 号
大孔型离子交换树脂的型号
2.2.1 发展简史 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子
化合物。 它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交
换功能，本质上属于反应性聚合物。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其 历史可追溯到上世纪30年代。
1935年英国的Adams和Holmes发表了关于酚醛树 脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开 创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子 领域。
功能高分子之吸水树脂(精)
功能高分子之吸水树脂功能高分子功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。
它们之所以具有特定的功能, 是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团, 或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。
吸水树脂吸水树脂 (Super Absorbent Polymer, SAP 是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料。
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。
通用名高吸水树脂、吸水树脂,用于不同行业又有专业俗称如农林保水剂、光缆阻水粉、高分子吸水珠、人工水晶泥、蓄热蓄冷剂等。
kl-sap 主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐, 属新型功能高分子吸水材料。
吸水树脂的性能:1.高吸水性 :高吸水树脂的高吸水性包括:①吸水能力大。
高吸水树脂的吸水倍率一般为自身质量的几十倍、几百倍甚至几千倍;②吸水速率快。
离子型高吸水树脂达到饱和需几小时到几十小时, 0.5h 左右可达饱和吸水量的 1/2;非离子型高吸水树脂达到饱和只需 20~60min ,几秒钟至两分钟就可达到饱和吸水量的 1/2以上。
③吸湿能力强, 吸湿速率快。
能吸收空气及土壤环境中的气态水分子。
高吸水树脂的吸湿能力和吸湿速率主要取决于高吸水树脂的种类和环境湿度的大小。
2.高保水性:高吸水树脂不但吸水能力强,而且保水能力也非常强。
所谓保水能力指的是吸水后的膨胀体能保持其水溶液不离析的状态的能力。
众所周知, 含有大量水的一般水凝胶都具有加压难脱水、蒸发慢、对水的保持能力高的特点。
高吸水树脂是水凝胶, 所以其吸收的水分在自然条件下蒸发速度很慢, 而且加压也不易离析。
通常物质的脱水主要有加热蒸发脱水和加力脱水两种。
因此, 高吸水树脂也有自然条件保水性、热保水性和加压保水性等几种保水功能。
3.有效持续性强 :保水剂具有反复吸水功能,即吸水 --释水 --干燥 --再吸水。
4.增稠性:高吸水树脂凝胶具有特殊的流变性能,增稠性是其显著特性。
《高吸水性树脂》PPT课件
CH2 CH
+ CH2 CH R CH CH2
COOH
引发剂
丙烯酸直接 聚合皂化法
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
COOH
R
COOH
R
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
C O O NHa
C O O NHa
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH
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第二节 高吸水性树脂的分类
2. 纤维素类高吸水性树脂
纤维素类高吸水性树脂的制备是1978年由德国赫尔斯特（Holst） 公司首先报道的。
纤维素类
纤维素与一氯醋酸反应引入羧甲 基后，用交联剂交联而成的产物。
纤维素与亲水性单体接枝共聚产物。
优点：原料来源丰富。 缺点：吸水倍率较低。也易受细菌分解失去吸水、保水能力。
优点：原料丰富，产品吸水率较高，可达千倍以上。
缺点： 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
O HO
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HO
OH
H H
OH
O HO
HO
H H
H
OH
O HO
OH
HO
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第二节 高吸水性树脂的分类
原料
糊化
通氮净化
产品
粉碎
调PH 干燥 离心中和
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第二节 高吸水性树脂的分类
(2)日本三洋化成公司采取的改进方法是将淀粉和丙烯酸在引发剂 作用下进行接枝共聚。这种方法的单体转化率较高，残留单体仅 0.4％以下，而且无毒性。
吸水高分子材料
吸水高分子材料1.吸水高分子材料的研究进度目前,对吸水性树脂的研究多是从吸水速度、吸水率、凝胶强度三个方面做工作。
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。
林建明等人合成了膨润土的部分水解交联的聚丙烯酰胺树脂,通过SEM 电镜观察,发现膨润土全部吸附于树脂交联网络,使凝胶的刚性增强。
日本三菱公司将淀粉接枝丙烯酸与PVC 塑料共混,不仅提高了吸水树脂的凝胶强度,也增强了PVC 的吸水能力。
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.2.吸水高分子材料的吸水机理高吸水性树脂的吸水分几个阶段。
最初阶段其吸水速率很慢,因为此时的吸水是通过毛细管吸附和分散作用来实现的,接着水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,使之发生离解,阴离子固定在高分子链上,阳离子则可以自由移动。
随着亲水基因的进一步离解,阴离子数目增多,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张;同时为了维持电中性,阳离子不能向外部溶剂扩散,导致阳离子在树脂网络内浓度增大,于是网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。
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。
3.材料吸水能力的差异与原因人们追求的目标是使吸水性材料具有更高的吸水能力和吸水速度。
由材料的结构和吸水原理可知，影响树脂吸水能力的因素有很多，主要有交联密度.结构组成.溶液性质.表面形态.制备方法.流体力学体积等。
如未经交联的树脂基本上没有吸水功能，而交联后，吸水率会成千倍的上升，但随着交联密度的增加，吸水率反而下降。
在聚丙烯酸树脂中引入亲水性非离子型单体共聚，可提高吸水速度，但影响了吸水能力。
功能高分子之吸水树脂(精)
功能高分子之吸水树脂功能高分子功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。
它们之所以具有特定的功能, 是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团, 或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。
吸水树脂吸水树脂 (Super Absorbent Polymer, SAP 是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料。
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。
通用名高吸水树脂、吸水树脂,用于不同行业又有专业俗称如农林保水剂、光缆阻水粉、高分子吸水珠、人工水晶泥、蓄热蓄冷剂等。
kl-sap 主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐, 属新型功能高分子吸水材料。
吸水树脂的性能:1.高吸水性 :高吸水树脂的高吸水性包括:①吸水能力大。
高吸水树脂的吸水倍率一般为自身质量的几十倍、几百倍甚至几千倍;②吸水速率快。
离子型高吸水树脂达到饱和需几小时到几十小时, 0.5h 左右可达饱和吸水量的 1/2;非离子型高吸水树脂达到饱和只需 20~60min ,几秒钟至两分钟就可达到饱和吸水量的 1/2以上。
③吸湿能力强, 吸湿速率快。
能吸收空气及土壤环境中的气态水分子。
高吸水树脂的吸湿能力和吸湿速率主要取决于高吸水树脂的种类和环境湿度的大小。
2.高保水性:高吸水树脂不但吸水能力强,而且保水能力也非常强。
所谓保水能力指的是吸水后的膨胀体能保持其水溶液不离析的状态的能力。
众所周知, 含有大量水的一般水凝胶都具有加压难脱水、蒸发慢、对水的保持能力高的特点。
高吸水树脂是水凝胶, 所以其吸收的水分在自然条件下蒸发速度很慢, 而且加压也不易离析。
通常物质的脱水主要有加热蒸发脱水和加力脱水两种。
因此, 高吸水树脂也有自然条件保水性、热保水性和加压保水性等几种保水功能。
3.有效持续性强 :保水剂具有反复吸水功能,即吸水 --释水 --干燥 --再吸水。
4.增稠性:高吸水树脂凝胶具有特殊的流变性能,增稠性是其显著特性。