高吸水性樹(shù)脂課件

高吸水性樹(shù)脂彩色花泥

由于上述的奇特性能，高吸水性樹(shù)脂引起了人們較大的興趣。問(wèn)世30多年來(lái)，發(fā)展極其迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如在石油、化工、等部門中被用作堵水劑、脫水劑、等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料等；在農(nóng)業(yè)部門中用作土壤改良劑等。在日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。高吸水性樹(shù)脂是一類高分子電解質(zhì)。水中鹽類物質(zhì)的存在會(huì)顯著影響樹(shù)脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性樹(shù)脂對(duì)含鹽液體（如尿液，血液、肥料水等）的吸收能力，將是今后高吸水性樹(shù)脂研究工作中的一個(gè)重要課題。此外，對(duì)高吸水性樹(shù)脂吸水機(jī)理的理論研究工作也將進(jìn)一步開(kāi)展，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。

高吸水性樹(shù)脂定義

高吸水性樹(shù)脂(SuperAbsorbentPolymer，簡(jiǎn)稱SAP)是一種新型的功能高分子材料,是一種含有羥基、羧基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新型功能高分子材料，它具有超強(qiáng)的吸水保水能力，廣泛應(yīng)用林、園藝、工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域。它無(wú)毒無(wú)害，反復(fù)釋水、吸水，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫(kù)"。高吸水性樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與性能

結(jié)構(gòu)：

高分子骨架：適度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

吸水官能團(tuán):-COONa-SO3Na-CONH2

-CH2-NH2-CH2-OH-C≡N

--CH2—O—CH2---

樹(shù)脂骨架的立體結(jié)構(gòu)對(duì)吸水性能有影響吸水功能團(tuán)的種類對(duì)吸水性能有很大的影響，如SO3Na和COONa最好，—OH，-C≡N較差。樹(shù)脂骨架：均勻的立體籠狀，高分子鏈柔性，籠網(wǎng)適當(dāng)大些，有利于高吸水性。吸水基種類：強(qiáng)電解質(zhì)，如SO3Na(k)、COONa(k)吸水基的數(shù)量和分布：數(shù)量越多越好，分布越均勻越好⑴吸水能力：

以每克吸水劑能吸收水的克數(shù)表示，或以吸水的重量是其自身重量的倍數(shù)表示。

吸水率是表征樹(shù)脂吸水性的最常用指標(biāo)。物理意義為每克樹(shù)脂吸收的水的重量。單位為g水/g樹(shù)脂。

（2）保水能力---吸水后再失水情況1、機(jī)械力作用的失水：如：將吸水的凝膠、用力擠壓、離心機(jī)離心，高分子吸水劑在這方面保水能力都是很強(qiáng)的。(例如米飯)2、光照、風(fēng)干等失水：高分子吸水劑吸水后得到的凝膠，在光照或風(fēng)干條件下均可失水，但比其它吸水劑失水慢。3

、被植物根系吸收的水分：這是吸水劑能用于林、農(nóng)方面的根本原因。高吸水性樹(shù)脂的分類分類方法類別按原料來(lái)源分類

淀粉類；纖維素類；合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系；聚乙烯醇系；聚氧乙烯系等。按親水基團(tuán)引入方式分類

親水單體直接聚合；疏水性單體羧甲基化；疏水性聚合物用親水單體接枝；腈基、酯基水解。按交聯(lián)方法分類用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；輻射交聯(lián)；在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類粉末狀；顆粒狀；薄片狀；纖維狀。淀粉類

淀粉類高吸水性樹(shù)脂主要有兩種形式。一種是淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究中心開(kāi)發(fā)成功；另一類是淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋化成公司首開(kāi)先河的。淀粉改性的高吸水性樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)是原料來(lái)源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都在千倍以上。缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長(zhǎng)期保水性差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。淀粉類樹(shù)脂的制備方法淀粉糊化→冷卻→接枝共聚→加壓水解→冷卻→酸化→離心分離→中和→干燥→成品包裝。（四價(jià)鈰為引發(fā)劑，三氯化鋁為交聯(lián)劑）18合成樹(shù)脂系高吸水性樹(shù)脂合成樹(shù)脂系高吸水性樹(shù)脂目前的種類很多。主要有丙烯酸(鹽)類、丙烯腈類、聚乙烯醇類等。其中以聚丙烯酸(鹽)類最重要。以甘油為交聯(lián)劑，聚丙烯酸鈉鹽進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)為例，其產(chǎn)物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)如下：（2）聚丙烯腈水解物

將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹(shù)脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。（3）醋酸乙烯酯共聚物

將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸水性樹(shù)酯。這類樹(shù)脂在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用范圍較廣。高親水性樹(shù)脂吸水原理較慢,通過(guò)毛細(xì)管吸附和分散作用吸水。水分子通過(guò)氫鍵與樹(shù)脂的親水基團(tuán)作用,親水基團(tuán)離解,

離子之間的靜電排斥力使樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時(shí),其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達(dá)到吸水平衡。.階段1階段2階段3高吸水性樹(shù)脂的制備方法SAP的制備主要包括親水基團(tuán)的引入（羧化）以及不溶化處理（交聯(lián)）。制備方法有本體聚合法、溶液聚合法、懸浮及反相懸浮聚合法、乳液及反相乳液合成法、輻射聚合法等。影響因素吸水功能基數(shù)目增多,吸水率增大。同時(shí),當(dāng)單體濃度增加到一定程度時(shí),影響功能基數(shù)目的減少,使吸水率降低增加氫氧化鈉用量,接枝鏈上-COOH轉(zhuǎn)成-COONa的數(shù)量隨著增加,吸水能力提高。但是中和度過(guò)高時(shí),吸水能力下降引發(fā)劑濃度的增加,接枝率增加,吸水率隨之提高。但當(dāng)引發(fā)劑濃度比較大時(shí),接枝率下降,導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量減少,吸水率也隨之降低溫度升高使接枝反應(yīng)容易發(fā)生，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到一定范圍時(shí),接枝共聚下降,樹(shù)脂的吸水率亦下降單體用量中和度引發(fā)劑用量反應(yīng)溫度影響因素28

高吸水性樹(shù)脂的應(yīng)用

（1）日常生活:嬰兒一次性尿布、宇航員尿巾、婦女衛(wèi)生用品、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等。（2）農(nóng)林園藝：SAP保水劑廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等領(lǐng)域,可起到保水、節(jié)水、抗旱的作用。（3）醫(yī)藥領(lǐng)域：用于含水量大、使用舒適的外用軟膏，生產(chǎn)醫(yī)用繃帶及棉球，制造抗感染皮膚。（4）建材工業(yè)：SAP可用作混凝土添加劑,改善混凝土的性能，還可用于瀝青改性、防洪工程等。（5）食品工業(yè):包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等。（6）光電纜業(yè)：包括膨脹橡膠、電線和電纜用阻水帶、阻水紗、阻水油膏等。

研究方向雖然目前SAP的研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但其性能仍存在許多不足，特別是耐鹽性、吸水速率、強(qiáng)度還較低，給應(yīng)用帶來(lái)了困難。隨著SAP在農(nóng)業(yè)上的不斷發(fā)展，如何改善其緩/控釋肥性能及環(huán)境降解性也成為人們關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)目前的狀況，今后研究和應(yīng)用SAP應(yīng)主要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作。展望

目前，國(guó)內(nèi)外研制的各種高吸水樹(shù)脂大部分對(duì)去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，在鹽水中的吸水率卻降到1/50~1/10，這就造成其在實(shí)際應(yīng)用中大打折扣。因此要解決以上難題可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：（1）開(kāi)發(fā)抗鹽性好的高吸水樹(shù)脂，擴(kuò)大使用范圍。（2）目前國(guó)內(nèi)對(duì)高吸水樹(shù)脂研究中，大約90%以上是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面的，涉及高吸水樹(shù)脂基礎(chǔ)理論的研究很少。（3）研發(fā)新型的復(fù)合型高吸水樹(shù)脂利用無(wú)機(jī)或有機(jī)材料與高吸水樹(shù)脂物理混合或參與聚合反應(yīng)而制得的復(fù)合型高吸水樹(shù)脂。（4）采用新的引發(fā)方法，特別是微波輻射方法、紫外輻射方法實(shí)現(xiàn)其工業(yè)生產(chǎn)。（5）改進(jìn)工藝路線，符合世界研制綠色工藝產(chǎn)品，追求環(huán)境友好的發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)合高吸水性樹(shù)脂概況高吸水性樹(shù)脂與其它材料復(fù)合開(kāi)始于20世紀(jì)80年代,復(fù)合后可以有效地改善耐鹽性、吸水速率、凝膠強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、保水性等性能,達(dá)到了均聚物難以達(dá)到的效果,因此得到了迅速的發(fā)展。引入無(wú)機(jī)組分制備的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合高吸水性樹(shù)脂,綜合了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的優(yōu)良性能,實(shí)現(xiàn)了材料的互補(bǔ)和優(yōu)化,可以有效地降低成本,有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

復(fù)合的無(wú)機(jī)成分和方法有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合高吸水性樹(shù)脂所用的無(wú)機(jī)成分主要是黏土類物質(zhì)，包括凹凸棒黏土、膨潤(rùn)土、高嶺土、云母和蛭石等。復(fù)合方法主要包括：（1）親水性單體插層到黏土的層間，進(jìn)行原位聚合；（2）親水性單體與黏土顆粒表面的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，形成高分子網(wǎng)絡(luò)；（3）黏土顆粒表面的羥基產(chǎn)生自由基，引發(fā)親水性單體接枝聚合；（4）親水性單體與黏土表面通過(guò)氫鍵相互作用；（5）黏土顆粒物理填充在高吸水性樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)中。復(fù)合高吸水性樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)復(fù)合類SAP具有工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，吸水性能好。同時(shí)它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。復(fù)合類SAP所得產(chǎn)品不易腐敗，還能改善制成薄膜狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。復(fù)合成分的引入不僅大大降低了高吸水性樹(shù)脂的成本，而且也改善了高吸水性樹(shù)脂的吸水保水、耐鹽堿和重復(fù)使用等性能，同時(shí)也為非金屬礦的高值化應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。微波輻射法制備高吸水樹(shù)脂

微波是一種高頻率的電磁波，其頻率范圍約在300～300000MHz之間。它具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。

從1986年RGedye等對(duì)微波爐內(nèi)進(jìn)行的酯化、水解、氧化和親核取代反應(yīng)及Giguere等對(duì)蒽與馬來(lái)酸二甲酯的Diels2Alder環(huán)加成反應(yīng)的研究以來(lái),微波已經(jīng)從有機(jī)合成中的應(yīng)用擴(kuò)展到催化、無(wú)機(jī)固相反應(yīng)等領(lǐng)域中來(lái)。由于微波輻射頻率與分子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相近,分子吸收微波能量后,可以通過(guò)在分子中儲(chǔ)存微波能量與分子平動(dòng)能量發(fā)生交換,也就是說(shuō)通過(guò)改變分子排列等晗或熵效應(yīng)來(lái)降低反應(yīng)活化能;另一方面,也可能由于微波磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換方向的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子中偶極矩轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng),從而導(dǎo)致分子間相互摩擦而發(fā)熱。微波輻射法制備高吸水樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)

微波輻射促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)技術(shù)是一種新興的高分子合成技術(shù),與傳統(tǒng)方法相比，微波輻射有很強(qiáng)的穿透力，能對(duì)被照物質(zhì)產(chǎn)生深層加熱作用，其反應(yīng)速度較傳統(tǒng)的加熱方法快數(shù)十倍甚至上千倍，這是由于微波頻率與化學(xué)基團(tuán)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率接近,因此可以使分子構(gòu)象發(fā)生改變,活化某些基團(tuán),而對(duì)大分子鏈無(wú)損傷,大大加快反應(yīng)速度。微波的高頻對(duì)極性介質(zhì)進(jìn)行作用,可促進(jìn)單體或反應(yīng)液快速升溫,且加熱均勻,避免了傳統(tǒng)加熱方式加熱度慢、受熱不均勻等缺點(diǎn)，并且且具有操作方便、產(chǎn)率高及產(chǎn)品易純化。紫外法制備高吸水樹(shù)脂紫外概述紫外線是電磁波譜中波長(zhǎng)從10nm到400nm輻射的總稱，不能引起人們的視覺(jué)。紫外線根據(jù)波長(zhǎng)分為：近紫外線UVA，遠(yuǎn)紫外線UVB和超短紫外線UVC。紫外線對(duì)人體皮膚的滲透程度是不同的。紫外線的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，對(duì)人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過(guò)真皮，中波則可進(jìn)入真皮。紫外線的應(yīng)用化學(xué)：合成高吸水樹(shù)脂，涂料固化，顏料固化，光刻。如不飽和聚酯紫外線固化涂