大學(xué)材料科學(xué)與工程-超強(qiáng)吸水高分子材料

第八章吸附性高分子材料主要內(nèi)容分類制備性能應(yīng)用2023/9/2材料高分子吸附劑的定義是一種具有物質(zhì)傳遞功能的高分子材料利用高分子材料與被吸附物質(zhì)之間的物理或者化學(xué)作用，使兩者發(fā)生暫時或者永久性結(jié)合，進(jìn)而發(fā)生各種功效物理或者化學(xué)作用包括物理吸附，范德華力，靜電力，配位鍵及離子鍵的形成2023/9/2材料2023/9/2材料ClassificationAccordingtothesource天然NaturalAbsorbentpolymericmaterialsalwaysbiodegradable改性淀粉，纖維素，殼聚糖（Modifiedstarch，cellulose,chitosan）合成SyntheticAbsorbentpolymericmaterials離子交換樹脂（聚苯乙烯骨架）ionexchangeresin高分子螯合劑（骨架含O，N，P，S，可與金屬形成配位鍵）polymericchelator高吸水樹脂（骨架上含親水基團(tuán)，如-OH，-COOH，COOM，-NH2等）Superwater-absorbentresin2023/9/2材料2023/9/2材料Moleculararchitecturedesign引入不同官能團(tuán)調(diào)節(jié)極性Polarity調(diào)整交聯(lián)度(Cross-linkingdegree)改善溶脹性(swellingcapacity)調(diào)節(jié)制備工藝以制備多規(guī)格多孔材料(Poresizeanddensity)2023/9/2材料2023/9/2材料2023/9/2材料2023/9/2材料2023/9/2材料2023/9/2材料2023/9/2材料SuperAbsorbentPolymer超強(qiáng)吸水高分子材料2023/9/2材料超強(qiáng)吸水高分子材料優(yōu)點用途一、吸水原理二、分類三、基本結(jié)構(gòu)四、SAP結(jié)構(gòu)五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語六、接枝共聚反應(yīng)實例2023/9/2材料高吸水性樹脂(SuperAbsorbentPolymer簡稱SAP)也稱為高吸水性樹脂、超強(qiáng)吸水劑、高吸水性聚合物，是一種具有優(yōu)異吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。高吸水性樹脂2023/9/2材料既然安上super這個頭銜,那我們就要看看它們和傳統(tǒng)吸水材料的區(qū)別V.S普通吸水材料SAP超強(qiáng)吸水高分子材料綜述2023/9/2材料吸水能力高:可達(dá)自身重量的幾百倍至幾千倍。SAP優(yōu)點吸水前吸水后超強(qiáng)吸水高分子材料綜述2023/9/2材料SAP優(yōu)點保水能力高:即使受壓也不易失水超強(qiáng)吸水高分子材料綜述2023/9/2材料用途超強(qiáng)吸水高分子材料綜述2023/9/2材料用途植物養(yǎng)護(hù)泥各式吸潮劑超強(qiáng)吸水高分子材料綜述2023/9/2材料SAP是怎樣吸水的？一、吸水原理1.吸水實質(zhì)化學(xué)吸附物理吸附棉花、紙張、海綿等。毛細(xì)管的吸附原理。有壓力時水會流出。通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個整體。加壓也不能把水放出。H2O階段2吸水樹脂的離子型網(wǎng)絡(luò)2.SAP的吸水原理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水份進(jìn)一步滲入.階段1

較慢。通過毛細(xì)管吸附和分散作用吸水。水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團(tuán)作用,親水基團(tuán)離解,

離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張。

交聯(lián)點（內(nèi)）（外）

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,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3吸水劑微球吸水過程的體積變化示意圖

SAP有哪些種類？SAP合成高分子系淀粉系纖維素系二、分類甲殼質(zhì)衍生物聚丙烯酸類聚丙烯酸鈉交聯(lián)物丙烯酸—乙烯醇共聚物丙烯腈聚合皂化物其它聚乙烯醇類聚乙烯醇交聯(lián)聚合物乙烯醇—其它親水性單體接枝共聚物其它純合成高分子淀粉類淀粉—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纖維素類纖維素接枝共聚物纖維素衍生物交聯(lián)物其它其它多糖類(瓊脂糖、殼多糖)、蛋白質(zhì)類等天然高分子加工產(chǎn)物制造SAP的原料是怎樣的？合成超高吸水高分子材料

目前主要分為聚丙烯酸（鹽），聚乙烯醇兩大類。其中，聚丙烯酸（鹽）類的研究最多，產(chǎn)量最大。類別聚丙烯酸（鹽）類

聚乙烯醇類比較

吸水性強(qiáng)，工藝成熟，合成方法多樣。

吸水倍率不及聚丙烯酸類,但它的特點是吸水速度快,2～3分鐘內(nèi)即可達(dá)到飽和吸水量的一半。三、基本結(jié)構(gòu)線型聚丙烯酸結(jié)構(gòu)示意圖

合成超高吸水高分子材料80年代我國開始了對淀粉系高吸水性樹脂的研究。超強(qiáng)吸水劑的研究起源于淀粉系，美國北方農(nóng)業(yè)省研究所從淀粉接枝丙烯腈開始，接著于1966年完成該項研究，并投入生產(chǎn)。淀粉系超高吸水高分子材料直鏈淀粉支鏈淀粉淀粉結(jié)構(gòu)纖維素系超高吸水高分子材料纖維素結(jié)構(gòu)區(qū)別與聯(lián)系

淀粉系纖維素系合成系價格低廉、生物降解性能好抗霉解性優(yōu)工藝簡單，吸水、保水能力強(qiáng)吸水速度較快耐水解，吸水后凝膠強(qiáng)度大，保水性強(qiáng).抗菌性好.但可降解性差.適用于工業(yè)生產(chǎn)缺點

合成工藝復(fù)雜，易腐敗，耐熱性不佳，吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水性差，耐水解性較差。優(yōu)點

儲量豐富，可不斷再生，成本低;無毒且能微生物分解，可減少對環(huán)境的污染。共同點

均是葡萄糖的多聚體，可以采用相類似的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑進(jìn)行吸水樹脂的制備甲殼質(zhì)衍生物SAP的結(jié)構(gòu)怎樣？四、SAP結(jié)構(gòu)

主鏈或側(cè)鏈上含有親水性基團(tuán)，如

-ＳＯ3Ｈ、-ＣＯＯＨ、-ＣＯＮＨ2、-ＯＨ等

吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ

低交聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的骨架可以是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹脂(如聚丙烯酸類）。從化學(xué)結(jié)構(gòu)看：從物理結(jié)構(gòu)看：淀粉－聚丙烯酸鈉接枝聚合物模型圖微觀結(jié)構(gòu)多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)術(shù)語

解釋

影響引發(fā)劑

引發(fā)自由基聚合反應(yīng)

用量：一般為單體的0.01~0.8%

用量過多：網(wǎng)絡(luò)變小吸水率用量過少：可溶部分增多吸水率交聯(lián)劑

令聚合物鏈相互交聯(lián)決定了樹脂空間網(wǎng)絡(luò)的大小

用量：一般為0.2～0.8%

用量過多：網(wǎng)絡(luò)收縮吸水率用量太少：樹脂溶解度吸水率五、合成高吸水分子中一些重要術(shù)語如何制備高吸水性樹脂天然產(chǎn)物