功能高分子化學高吸收樹脂

功能高分子化學高吸收樹脂第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一高吸水性樹脂Superwater-AbsorbableResin第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.1發(fā)展簡史-高吸水樹脂高吸水樹脂：吸水能力特別強的高分子物質(zhì)1961年，C.R.Rissel從淀粉接枝丙烯腈開始的。1974年，G.F.Fanta以糊化淀粉－丙烯腈接枝共聚后水解的產(chǎn)物來合成。1978年，日本開發(fā)出淀粉－丙烯酸－交聯(lián)性單體接枝共聚美國Dow公司研制出膜狀高吸水性樹脂第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.2高吸水性樹脂的分類合成高吸水性樹脂：聚丙烯酸體系、聚丙烯酰胺體系、聚丙烯腈體系和改性的聚乙烯醇。兩類天然高分子改性：淀粉衍生物、纖維素衍生物、甲殼質(zhì)等。

甲殼素（Chitin）與殼聚糖(Chitosan)的結(jié)構(gòu)式第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.3高吸水樹脂的吸收理論和吸水結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，不溶于水但大量吸水膨脹成水凝膠。主要性能：吸水性和保水性。分子中應存在極性基團具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)存在高濃度離子性基團聚合物分子量要高結(jié)構(gòu)特點第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一聚酰胺吸水樹脂聚四氫吡喃二亞胺碳酰膜聚BOL的親水性微區(qū)中的吸水形態(tài)模式圖第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一高吸水樹脂的作用機理吸水前，高分子網(wǎng)絡是固態(tài)網(wǎng)束，未電離成離子對。當高吸水性樹脂遇到水時，親水基與水分子的水合作用使高分子網(wǎng)束張展，產(chǎn)生網(wǎng)內(nèi)外離子濃度差，使網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，水分子以滲透壓作用向網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)內(nèi)滲透。當聚合物溶脹程度不斷擴大同時存在著交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡使體系收縮的內(nèi)聚力，當內(nèi)聚力和滲透壓達到平衡時，吸水能力達到最大。由于網(wǎng)絡的束縛作用，水分子的熱運動受到限制，不不易從網(wǎng)絡中溢出。第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一高吸水性樹脂的吸水能力與親水基離子和交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有關(guān)。親水基離子產(chǎn)生的滲透壓是吸水的動力，交聯(lián)網(wǎng)絡的存在是吸水的結(jié)構(gòu)因素第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.4影響高吸水性樹脂性能的因素(1)樹脂化學結(jié)構(gòu)的影響含有親水性基團含有大量可離子化的基團(2)聚合物鏈段結(jié)構(gòu)的影響適度交聯(lián)結(jié)構(gòu)交聯(lián)的作用：不溶解，保水，提供機械強度。交聯(lián)度越高，機械強度越高。交聯(lián)度與吸水量成反比。(3)外部影響因素水溶液的組成，溫度，壓力。第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.5高吸水性樹脂的制備淀粉接枝丙烯腈高吸水劑淀粉還可接枝丙烯酸類、丙烯酰胺類、丙烯酸酯類。2.5.1淀粉為原料第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一實例：將紅薯淀粉20g，加入水200mL,攪拌成懸浮液，加熱至85oC下糊化45min,30oC冷卻后，加入22g丙烯腈、硝酸鈰銨溶液5mL(1mol/L硝酸5mL,加入6g硝酸鈰銨），通氮于40oC下反應2h，然后用6%NaOH溶液400mL,在90oC下皂化水解4h,然后用6mol/L的鹽酸中和至pH值為7，過濾，洗凈，在100oC下用熱風干燥，吸水倍率800-1000g/g,吸尿倍率50g/g.第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.5.2纖維素為原料第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.5.3聚丙烯酸體系交聯(lián)劑交聯(lián)法第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一實例：丙烯酸部分中和物[中和度為75%（mol)的鈉鹽]的水溶液300g[濃度為43%(mol)]和0.004%甘油于反應器中，在氮氣保護下，升溫40oC后，加過硫酸銨0.03g、亞硫酸氫鈉0.015g，溶解均勻后，靜置進行聚合反應，由白色混濁凝膠狀變?yōu)橥该髂z。聚合2-5h，反應系統(tǒng)溫度變?yōu)?0-75oC.取出透明狀含水聚合體，用截斷器切成細片，在80oC下用熱風干燥，得聚丙烯酸鈉鹽交聯(lián)體，再粉碎至粉狀產(chǎn)物。吸鹽水倍率119g/g.第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.5.4聚乙烯醇體系順丁烯二酸酐為交聯(lián)劑第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.6高吸水性樹脂的應用－在農(nóng)林園藝方面的應用1、改良土壤

抗旱保水：吸水性樹脂可反復吸水－放水，可長期供水抗旱。一、改良土壤和沙漠第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一使土壤形成團粒結(jié)構(gòu)，改變土壤的空隙分布吸水性樹脂與土壤能很好地混合，使土壤的顆度變大，土壤的空隙分布明顯變化。第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一改善土壤的溫度PVA高吸水性樹脂混入土壤及未混入的土壤日照時和夜間的土壤溫度實施日夜間最低溫度(℃)日中最高溫度(℃)添加樹脂0.5%未添加添加樹脂0.5%未添加117.515.534.538.5215.012.632.536.1313.110.021.222.347.76.118.820.252.1-0.312.013.064.21.710.612.0樹脂的加入提高了土壤的空隙率,水分大量被樹脂吸收,自由水減少,因而土壤的熱傳導率降低。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一吸肥保肥肥料:主肥和輔助肥主肥:多以鹽的形式存在,如過磷酸鈣,硫酸鎂等。樹脂加入減少了水土流失，溶解的肥料元素也減少流失；高吸水性樹脂可吸收肥料離子、有機物等。提高土壤的透水性和通氣性土壤AquaKeep4S的含量（質(zhì)量）透水系數(shù)（20℃）/cm.S-1對土壤%初次第二次砂土01.3×10-36.2×10-40.31.1×10-35.7×10-3水田土壤01.0×10-47.8×10-50.37.0×10-53.8×10-4混合AquaKeep的土壤的透水系數(shù)2.改造沙漠增強存水能力、增加砂土透水性、改善砂土溫度及吸肥保肥。第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、植物生育促進劑基本要求：吸水性保水性高；吸肥、保肥；強度高、穩(wěn)定性好；晝夜溫差小。一般超強吸水性物質(zhì)均可。三、木苗移植保存劑和農(nóng)藥保持釋放增效劑根部帶上一層水凝膠，進行保水處理后，其成活率可顯著提高。對農(nóng)藥具有吸收保存、防止流失具有緩慢釋放的能力。四、農(nóng)業(yè)薄膜、溫室及無土栽培第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一五、滅火劑類型種類氣體滅火劑二氧化碳（干冰）、氮氣等液體滅火劑水、水凝膠型等泡沫滅火劑低膨脹型和高膨脹型滅火劑的主要種類

滅火劑需要易表面活性降低表面張力，以產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫。低膨脹型泡沫：現(xiàn)多采用天然親水性高分子蛋白質(zhì)衍生物作為石油滅火劑的表面活性劑。高膨脹型泡沫：主要成分是十二烷基硫酸酯銨鹽或三乙醇銨鹽類的表面活性劑。為適用特殊火災，加入吸水性水凝膠。第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.7在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用一、接觸眼鏡硬片PMMA軟片聚甲基丙烯酸2－羥乙酯（PHEMA)現(xiàn)已開發(fā)出聚乙烯基吡咯烷酮（PNVP),聚乙烯醇（PVA)等親水性凝膠材料。主要成分含水率％氧透過性折射率拉伸強度/KPaPHEMA305.51.456458PHEMA357.01.458281PHEMA355.41.447350PHEMA37.5101.444900PHEMA4010.51.436174PHEMA/PNVP48.5131.42784PHEMA60161.404312PNVP/PHEMA71421.39980PNVP/PHEMA71421.38490PNVP/PMMA78641.371862第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、人工器官人造皮膚:由多孔硅橡膠海綿，高吸水性樹脂及保護層構(gòu)成.收縮筋:主要用于防止失禁.人工角膜,人工玻璃體人工腎臟:微膠囊包覆活性炭的血液灌流器,用吸水性凝膠如明膠、PVA、聚丙烯酰胺等將尿素酶、活性碳等一起包埋制成固相酶。第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一天然纖維：棉纖維、木纖維、紙纖維。超吸水性樹脂：淀粉接枝丙烯酸鹽和聚丙烯酸鹽系。一次性尿布：表面層高吸水性樹脂耐水性襯底三、生理衛(wèi)生用品第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.8在食品工業(yè)中的應用包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等。被脫水物高吸水性樹脂高濃度蔗糖溶液基板薄膜半透膜接觸脫水薄板結(jié)構(gòu)示意圖第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.9在工業(yè)方面的應用可作為增稠劑和潤滑劑防止水分滲透的堵水劑水泥管道連接的密封材料工業(yè)脫水材料及親水性有機物的分離第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.10在人工智能材料方面的應用一、電刺激收縮功能凝膠將已吸水膨脹的高分子電解質(zhì)凝膠，插入正負電極，加直流電壓，出現(xiàn)凝膠迅速而且可逆收縮的現(xiàn)象。2－丙烯酰胺－2－甲基丙磺酸－丙烯酰胺共聚合體高分子鏈上必須具有電荷第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一電刺激收縮功能凝膠的應用力化學膜的透過性控制2.電刺激使力化學物質(zhì)控制藥物的釋放3.制成自動開關(guān)元件第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一二、光變形功能高分子凝膠制備光可逆性變換的中性凝膠?離子凝膠高分子。利用分子設計將光離子解離感應基化合物導入高分子凝膠。第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一光變形功能高分子凝膠幾種用途1、光驅(qū)動高分子凝膠開關(guān)2、藥物光釋放劑光控制釋放速度。第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一

高吸油樹脂SuperOil-AbsorbableResin第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.11發(fā)展簡史-高吸油性樹脂1966年，美國Dow以烷基乙烯與二乙烯基苯反應得非極性高吸油樹脂1989年，日本使用含有交聯(lián)劑的高分子溶液。日本開發(fā)出丙烯系交聯(lián)共聚物和聚氨酯泡沫復合物第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.12高吸油性樹脂的分類第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.13高吸油性樹脂的吸油理論具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，大分子鏈上有大量的親油基團結(jié)構(gòu)吸油過程：起初分子為分子擴散控制，當少量油分子進入后不足以使高分子鏈段展開，仍處于卷曲纏繞。當進入足夠量的油，分子鏈段伸展，網(wǎng)絡中只有共價鍵結(jié)合的交聯(lián)點存在，當高分子鏈伸展到一定程度，與彈性回縮力達成平衡。第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一高吸油樹脂利用的是微弱的范德華力作用吸油。高吸水性樹脂除范德華力外，還利用較強的氫鍵和網(wǎng)絡內(nèi)外滲透壓差來吸水。高吸油樹脂優(yōu)點：（1）良好的熱穩(wěn)定性、耐寒性（2）吸油種類多，速度快，吸油時不吸水，回收方便，吸油后受壓不再漏油。高吸油性樹脂的交聯(lián)：化學交聯(lián)、物理交聯(lián)第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一2.14高吸油性樹脂的制備（1）以丙烯酸酯類為主要單體合成分三類

單體：甲基丙烯酸或丙烯酸長鏈烷基酯，交聯(lián)劑：二乙烯基苯、甲基丙烯酸二甘醇酯、鄰苯二甲酸烯丙酯等。采用懸浮法來合成。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一實例：1.將非離子表面活性劑溶于水中，制成濃度為

0.1%-0.5%的乳化劑.2.在溫度500C下，按乳化劑：單體：交聯(lián)劑：引發(fā)劑質(zhì)量比（350-450）：100：（0.1-3）：（

0.1-2）的比例依次加料；單體：甲基丙烯酸或甲基丙烯酸脂肪醇酯交聯(lián)劑：1，4丁二醇雙丙烯酸酯引發(fā)劑：BPO

乳化劑：聚乙烯醇或明膠3.在45-950C下進行乳液聚合反應6-10h.第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一（2）以烯烴為主要單