超强吸水高分子材料 | m88
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  科学_工程科技_专业原料超强吸水高分子质料_质料。四、SAP布局 五、合成高吸水分子中少少苛重术语 六、接枝共聚反映实例 2016/12/5 七、2016/12/5 1 超强吸水高分子质料综述 一、吸 水 原 理 二、分类 三、基础布局 高

  高吸水性树脂的基础特点及影响身分 2 超强吸水高分子质料综述 超强吸水高分子质料(Super Absorbent Polymer简称SAP) 也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚积物2016/12/5 1 超强吸水高分子质料综述 一、吸 水 原 理 二、分类 三、基础布局 四、SAP布局 五、合成高吸水分子中少少苛重术语 六、接枝共聚反映实例 2016/12/5 七、,优异吸水才干和保水才干的新型功效高分子质料Super 2016/12/5 是一种拥有。 超强吸水高分子质料综述 既然安上super这个头衔Ab s o rb e nt po lym e r ,o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 普及吸水质料 ?纸、棉花和海绵以及自后的泡沫塑料等那咱们就要看看它们和古代吸水质料的区别何正在了^_^ Super 普及吸水质料 2016/12/5 SAP Ab s 。力往往很低?吸水能,本身重量的20倍支配所吸水量最多仅为 , 水性很差Super。 ?一朝受到表力功用2016/12/5,易脱水则很容,M88 超强吸水高分子质料综述 普及吸水质料 ? 60年代末期保 Ab s o rb e nt po lym e r ,功高吸水性树 脂美国起初开垦成。常拥有一 定交联度的高分子质料这是一种含有强亲水性基团并通;水和有机溶剂?它不溶于,量的500~2000倍吸水才干可达本身重 ,5000倍最高可达;溶胀为水凝胶?吸水后马上,的保水性有杰出,也不易挤出假使受压;的树脂干燥后?摄取了水,仍可复兴吸水才干。r 超强吸水高分子质料综述 SAP好处 吸水才干高:可达本身重量的几百倍至几千倍Super 2016/12/5 Ab s o rb e nt po lym e 。作医疗卫生质料:表用药膏的基材、缓释性药剂、抗血 ?工业吸水剂:堵水剂、脱水剂 ?食物工业 包装质料、保鲜质料、脱水剂、食物增量剂等 2016/12/5 Ab s o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 SAP的用处广博: 用处 Super 女性卫生用品 2016/12/5 Ab s o rb e nt po lym e r 医用吸水胶布 超强吸水高分子质料综述 用处 Super 植物养护泥 2016/12/5 各式吸潮剂 Ab s o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 用处 ?高吸水性树脂是一类高分子电解质Super 吸水前 2016/12/5 吸水后 Ab s o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 保水才干高:假使受压也不易失水 SAP好处 Super 寓目保水才干演示 2016/12/5 Ab s o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 Super 2016/12/5 Ab s o rb e nt po lym e r 超强吸水高分子质料综述 用处 ?平常存正在:吸水性抹布、、插花质料、婴儿一次性尿布、 宇航员尿巾、妇女卫生用品、餐巾、手帕、绷带、脱脂棉等 ?农用保水剂、泥土改进剂 Super 栓质料 ?用。明显影响树脂的吸水才干水中盐类 物质的保存会,范围了它的利用正在一 定水准上。对含盐液体(如尿液?普及高吸水性树脂,等)的摄取才干血液、 肥料水,考虑管事中的一个苛重课题将是以来高吸水性树 脂。表面考虑管事也将 进一步发展?对高吸水性树脂吸水机理的,子质料向 更高秤谌进展以指点这一类功效高分。nt po lym e r ?从化学构成和分子布局看Super 2016/12/5 Ab s o rb e ,基团和疏水性基团 的交联型高分子高吸水性树 脂是分子中含有亲水性。观上融会?从直,水分子 接触时当亲水性基团与,成各样水合形态会互相功用形。水 实 质 化学吸附 棉花、纸张、海绵等一、吸 水 原 理 物理吸附 1. 吸 。吸附道理毛细管的。水会流出有压力时。性物质集合正在一同成为一个整 体通过化学键的式样把水和亲水 。能把水放出加压也不。的金属离子制成配位 水合?水分子与亲水性基团中,氧原子制成氢键等与电负性很强的。因疏水功用而 易于斥向网格内侧?高分子网状布局中的疏水基团,的微粒 状布局制成部分不溶性,于极性功用 而部分冻结使进入网格的水分子由,举动性失落,lse ice)布局制成“伪冰” (Fa。水性基团的这些功用?亲水性基团和疏,脂的吸水本能作了功劳显着 都为高吸水性树。验说明? 实,的水分子层 厚度约为5×10-10~6×10-10 m因为亲水性水团结用而吸附 正在高吸水性树脂中亲水基团四周,3个水分子的厚度相当于 2~ 。的水合水 ?第二、三层则是水分子与水合水制成的氢键集合 层?第一层水分子是由亲水性基团与水分子制成了配 位键或氢键。往表再,的作使劲已很微 弱亲水性基团对水分子,再受到管束水分子不。布局估计打算?按这种,水合水的重量约为6~8 g每克高吸水性树脂所摄取 的,团所冻结的水分子加上疏水性基 ,5 g支配也但是1。个数字?这,脂的吸水量比拟与高吸水性树,2个数目级相差1~,等的吸 水量相当而与棉花、海绵。显着?,影响着树脂 的吸水才干尚有更苛重的布局身分正在。出现考虑,影响: ?未经交联的树脂基础上没有吸水功效高吸水性树脂中的网状布局对 吸水性有很大的。交联 后而少量,百上千倍地增多吸水率则会成。密 度的增多但跟着交联,反而降低吸水率。)对聚 丙烯酸钠系高吸水性树脂吸水才干的影响?图1为交联剂聚乙二醇双丙烯酸盐(PAGDA。: ?当交联剂用量从0.02 g增至0.4 g时图1 交联剂用量对吸水才干的影响 由图中可见,力降低60%以上聚积物 的吸水能。得共聚物的吸水 才干变更来看?从淀粉与丙烯腈接枝共聚所,均匀分子 量的增大随聚丙烯腈用量和,增多(见图2)吸水量也随之。子都说明?这些例,网状布局适应增大,水才干的普及有利 于吸。含量对吸水才干的影响 ?由此可见第七章 高吸水性树脂 图2 AN,的水主倘若 ?据测定被高吸水性树脂摄取,-8m 被管束正在高分子的网状布局内当网格的有用链长为10-9~10。时,大的吸水性树脂拥有最。格太幼?网,不易渗透水分子,太大网格,备保水性则 不具。正在也是必弗成少的条 件?树脂中亲水性基团的存,吸附水分子亲水性基团,网状布局内部的排泄并促使水分子 向。通水中?正在普,相互联贯 正在一同的水分子是以氢键款式,必定范围运动受到。基团功用下?正在亲水性,的功用而成为自正在水分子水分子易于离开氢键 ,网格内部的排泄兴办了条款这就为网格的扩 张和向。高分子网格后?水分子进入,弹性 管束因为网格的,运动受到范围水分子的热,从网格中逸出不易从头 ,此因,的保水性拥有精良。析结果表白?差热分,热至 100 ℃时吸水后的树脂正在受,0%支配失水仅1;50℃时受热至1,过50%失水不超,杰出(见 表1)可见其保水性之。N61 SAN62 SAN63 11.1 5.4 10.5 11.6 39.3 — 47.3 49.2 ? 高吸水性树脂摄取水后发作溶胀表1 丙烯腈接枝淀粉的热失水率 牌 号 SAN52 100℃时失水率 (%) 9.9 150℃时失水率 (%) 44.6 SAN53 SA,凝胶制成。胀流程中?正在溶,方面一, M88格内使其体积膨胀水分子力争渗透网,方面另一,胀导致网格向三维空间扩展因为交联高 分子体积膨,力而出现弹性萎缩使 网键受到应,的进一步渗透拦阻水分子 。的功用互相抵消时?当这两种相反, 了平均溶胀抵达,抵达最大吸水量。吸水道理 较慢2.SAP的。和分别功用吸水通过毛细管吸附。树脂的亲水基团功用水分子通过氢键与,团离解亲水基,力使 树脂的收集扩张离子之间的静电排斥。收集表里出现排泄压(表) H2O ,子型收集 交 联 点 跟着吸水量的增洪水份进一步渗透. (内) 吸水树脂的离,透压差趋势于零收集表里的渗;张的同时而收集扩,力也正在增多其弹性萎缩,离子的静电排斥慢慢抵 消阴,吸秤谌衡最终抵达。分子系 纤维素系 表2 高吸水性树脂分类 分类形式 类 别 a. 淀粉类吸水剂微球吸水流程的体积变更示希图 二、分 类 淀粉系 SAP 合成高;纤维素类b. ;类:聚丙烯酸盐系c. 合成聚积物;类 聚乙烯醇系按原料由来分;烯系等聚氧乙。单体直接聚积a. 亲水;. 疏水性单体羧甲基化按亲水基团引入式样 b;物用亲水单体接枝c. 疏水性聚积;腈基、酯基水解分类 d. 。. 按产物样式分类 c. d. 用交联剂网状化反映a. b. 按交联形式分类 c. d. a. b;网状化反映本身交联;交联辐射;疏水 基团或结晶布局正在水溶性聚积物中引入。末状粉;粒状颗;片状薄;维状纤。是高分子电介质高吸水性树脂,体摄取才干明显降低对含有离 子的液,此因,对吸水率影响很大产物的净 化水准。 浸淀、漂洗净化往往采用渗析、醇,中和打点再用碱。净化和干燥的式样而异产物的最 终款式随。燥的日常为粒状产物醇浸淀及饱 风干;饱干燥的日常制成膜渗析和酸浸淀及转 ,工为粒状也可加;冷冻干燥若用 ,海绵状产物则可制得。各自的特别用处这些款式都 有。粉—丙烯酸共聚物 淀粉—丙烯酰胺接枝聚积物 其它 纤维素类 纤维素接枝共聚物 纤维素衍生物交联物 其它 淀粉类 其它 多糖类(琼脂糖、壳多糖)、卵白质类等 (1)聚丙烯酸盐类 ?目前临蓐最多的一类合成高吸水性树脂纯合成高分子 聚丙烯酸类 聚丙烯酸钠交联物 丙烯酸—乙烯醇共聚物 丙烯腈聚积皂化物 其它 聚乙烯醇交联聚积物 乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物 其它 聚乙烯醇类 自然高分子加工产品 淀粉—丙烯腈接枝聚积水解物 淀,二官能度的单体共 聚而成?由丙烯酸或其盐类与拥有。干燥碎裂和悬浮聚积 两种?制备形式有溶液聚积后。倍率较高?吸水,千倍以上日常均正在。将聚丙烯腈用碱性化合物水解(2)聚丙烯腈水解物 ?,剂 交联再经交联,水性树脂即得高吸。氧化钠交联的产品即为此类如将废晴纶丝水 解后用氢。水解不易彻底?因为氰基的,团 含量较低产物中亲水基,率不太高故吸水倍, 1000倍支配日常正在500~。醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯举办共聚(3)醋酸乙烯酯共聚物 ? 将,乙烯醇与丙烯酸盐 的共聚物然 后将产品用碱水解后取得,溶于水的 高吸水性树酯不加交联剂即可成为不。较高的刻板强度?正在吸水后有,围较广实用范。由聚乙烯醇与环状酸酐反映而成(4)改性聚乙烯醇类 ? ,可成为不溶于水的产品不需表 加交联剂即。公司起初开垦得胜由日本 好笑丽,150~400倍? 吸水倍率为,才干较低虽吸水,水速率较速但初期吸,水性都较 好耐热性和保,广的高吸水性树脂故是一类实用面较。 H O H OH H O HO H H OH O H OH H O 淀粉类高吸水性树脂苛重有两种款式: ?一种是淀粉与丙烯腈举办接枝反映后淀粉系超高吸水高分子质料 超强吸水剂的考虑根源于淀粉系 淀粉布局 支链淀粉 直链淀粉 H OH H O OH O HO H H OH O HO,引入亲水性基团的产品用碱性 化合物水解,中央于1966年开垦得胜由美国农业 部北方考虑,入临蓐并投;丙烯酸、m88,丙烯 酰胺等)接枝聚积?另一类是淀粉与亲水性单体(如,剂交联的产品然后用交联,成公司首开先河的是由日本三洋化。粉系高吸水性树脂的研 究?80年代我国起首了对淀。的好处: ?原料由来充分淀粉改性的高吸水性树脂,倍率较高产物吸水,正在千倍以上往往都 。后凝胶强度低?误差是吸水,水性差持久保,分化而失落吸水、 保水功用正在操纵中易受细菌等微生物。水性树脂的两种款式 ?一种是纤维素与一氯醋酸反映引入羧甲基后用 交联剂交联而成的产品纤维素系超高吸水高分子质料 纤维素布局 O O O O O O O 纤维素改性高吸;亲水性单体接枝共聚产品?另一种是由纤维素与。性树脂的吸水倍率较低? 纤维素改性高吸水,失落吸水、保水才干的 误差同 时亦保存易受细菌的分化。水性树脂比拟与淀粉类高吸,吸水才干对比低纤维素类的 ,重量的几百倍日常为本身,脂正在少少奇特 款式的用处方面然则行动纤维素样式的吸水性树,往无法代替淀粉类往。 如例,制制高吸水性织物与合成纤维混纺,纤维的吸水本能以改 善合成。非 纤维素类莫属这方面的利用显着。缺 纤维素系 抗霉解性优 合成系 工艺纯洁淀 粉 系 价钱低廉、生物降解本能好 区 , 吸 合成工艺杂乱吸水、 保水才干强,衰落易, 不佳耐热性,胶强度低吸水后凝,水 性差持久保,性较差耐水解。充分储量,断再生可不,本低成;微生物分化无毒且能, 优 水速率较速耐水 解可削减对境况 点 别 与,胶 强度大吸水后凝,.适 用于工业临蓐 点 联 系 的污染保水性 强.抗菌性好.但 可降解性差。是葡萄糖的多聚体共 同 点 均,、SAP布局 高吸水性树脂的布局特质: a.分子中拥有强亲水性基团可能采用 相仿佛的单体、激励剂、交联剂举办 吸水树脂的制备 四,、羧基如羟基,子制成氢键可能与水分;有交联络构b.树脂具;有较高的离子浓度c.聚积物内部具;布局看: 主链或侧链上含有亲水性基团d.聚积物拥有较高的分子量 从化学,:-SO3H-COOH-CONH2-OH 从物理布局看: 丙烯酸类)如 -SO3H、 -COOH、 -CONH2、 -OH等 吸水才干。的三维收集低交联度。粉、纤维素等自然高分子收集的骨架可能 是淀,剂 脂空间收集 的巨细 用量太少:树脂熔化度 吸水率 CH2OH O O CH2OH O 活化 17.5%NaOH n-2 mCH2 CHCN K+盐激励剂 O OH O CH CH2 n-2 CN m OH O OH OH CH2OH O 水解 NaOH O OH O CH2 n-2 OH CH y CH2 CH COONa 中和 x 湿料 2HNOC 浸析 烘干 碎裂 纤维素吸水树 脂干料 原料 糊化 通氮净化 产物 碎裂 调PH 干燥 离心中和 制制SAP的新形式——微波法 纸浆纤维 单体丙烯酸 高效节能也可能是合成树脂(如聚 从微观布局看: 因其合成体例分歧而表示多样性: 淀粉接枝丙烯酸呈海岛型布局 纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型布局. 个人水解的聚丙烯酞胺树脂则呈 粒状布局 微观布局 淀粉-聚丙烯酸钠接枝聚积物模子图 多孔网状布局 四、合成高吸水分子中少少苛重术语 术语 引 发 激励自正在 基链反映 表明 影 响 用量:日常为单体的0.01~0.8% 用量过多: 收集变幼 吸水率 用量过少: 可溶个人增多 吸水率 剂 交 联 令聚积物 链互相交联 决策了树 用量:日常为0.2~0.8% 用量过多:收集萎缩 吸水率 , ?高吸水性 ?加压保水性 ?吸氨性 ?增稠性 1 高吸水性 行动高吸水性树脂无境况污染 加热速率速、平均、有选取性、无滞后效应 高吸水性树脂的基础特点,最 苛重的特质之一高的吸水才干是其。的高吸 水性树脂来看从目前仍旧研制得胜,00~ 12000倍支配吸水率均正在本身重量的5,000倍以上最高可达4,水才干的100倍支配是纸和 棉花等质料吸。水速率 1.1 吸水率 ?吸水率是表征树脂吸水性的最常用目标稽核和表征高吸水性树脂吸 水性的目标往往有两个: 吸水率 吸。脂摄取的水的重量物理事理为每克树。水/g树脂单元为g。水率有许多身分?影响树脂吸,的化学构成除表除了产物 自身,度和被吸液体的性子等相合还与产物的交联 度、水解。 ?高吸水性树脂正在未经交联前(1)交联度对吸水性的影响,溶性 的日常是水,或吸水性很低不具备吸水性,需求举办交联所以往往 。验表白?实,吸水性并无好处交联密渡过高对。密渡过高?交联,方面一,水 分子的排泄网格太幼而影响,方面另一,功用增 大橡胶弹性的,向网格内的排泄也晦气于水分子,水才干的低浸所以 酿成吸。树脂的吸水率日常随水解度的增多 而增多(2)水解度对吸水率的影响 ?高吸水性。于一天命值后?当水解度高,反而降低吸水率。水解度的增多这是由于跟着, 数量虽然增多亲水性基团的,发作水解 而断裂但交联剂个人也将,格受到毁坏使树脂的网, 吸水性从而影响。的影响 ?高吸水性树脂是高分子电解质(3)被吸液的pH值与盐分对吸水率,著影响树脂的 吸水才干 ?酸、碱、盐的保存水中盐类物 质的保存和pH值的变更都邑显,羧酸 盐基团的解离一方面影响亲水的, 来正在水中应扩张的网格萎缩另—方面因为盐效应而使原,亲 和力低浸与水分子的,水率低浸所以吸。化学构成、交联度等身分都确定之 后4.1.2 吸水速度 ? 正在树脂的。度苛重受其形所 影响高吸水性树脂的吸水速。般来说?一,面积越大树脂的表,也 越速吸水速率。因此?,水速率往往较速薄膜状树脂的吸,末状树脂的吸水 速率相对较慢而 与水接触后易密集成团的粉。绵等吸水质料比拟与纸张、棉花、海,的吸水速度较慢高 吸水性树脂,分钟内吸水量抵达最大日常正在1分种至 数。物理吸水功用 ?高吸水性树脂的吸水才干是由化学功用和物 理功用合伙功劳的树脂样式对吸水速度 的影响 2 加压保水性 ?纸张、棉花和海绵等质料:。团与水分子之间的热烈范 得华力摄取水分子即愚弄分子中大方的羧 基、羟基和酰氧基,用将水分子坚韧地管束正在网格中并由网状布局的橡胶弹 性作。吸足水后?一朝,胀的凝胶体即制成溶。的保水才干很强这种 凝胶体,也不 易挤出来假使正在加压下。如例,(0.1%)高吸水 性树脂同化将300 g砂子与0.3 g,0 g水出席10, 度60%的境况下置于20℃、相对湿,0天后约莫3,蒸发干水才,高吸水性树脂而要是不加,样条款下则正在同,7天只需,全体蒸发水分就。32 850 54 加压7 kg/cm2 2.1 1.8 810 40 4.3 吸氨性 高吸水性树脂日常为含羧酸基的阴离子高 分子高吸水性树脂与棉花保水性对比 吸液率(g/g) 吸水质料 摄取液 未加压 棉花 HSPAN 去离子水 尿液 去离子水 尿液 40 ,吸水才干为普及,行皂化必需进,团更改为羧酸盐基团使大 个人羧酸基。解度仅70%支配但往往树脂 的水,羧酸基 团保存下来另有30%支配的,必定的弱酸性使树脂表示。的碱性物质有热烈的 摄取功用这种 弱酸性使得它们对氨那样。脂的这种吸氨性?高吸水性树,茅厕等地方的除臭 ?尿液含有尿素酶十分有利于尿 布、卫生用品和大多。的功用下正在尿素酶,素慢慢分化成氨尿液 中的尿。脂不但能摄取氨?高吸水性树,呈中性使尿液,酶的分化功用的功效同时尚有压抑尿素,了异味的出现从 而防范。羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠等均 可行动水性体例的增稠剂操纵吸水性子料吸氨才干的对比 4.4 增稠性 ?聚氧乙烯、。速膨胀至原先 的几百倍到几千倍?高吸水性树脂吸水后体积可迅,高于 上述增稠剂所以增稠成绩远远。)的高吸水性树脂?0.4%(wt, 增约莫1万倍能使水的粘度,的增稠剂?普及,.4%出席0,简直不 变水的粘度。才抵达这么高的粘度需求出席2%以上。pH 值为5~10 时显露得尤为越过? 高吸水性树脂的增稠功用正在体例的。如例,HSPAN 0.1%的水含淀 粉类高吸水性树脂 ,0 mPa· s粘度 为 190,入8%氯化钾而正在此中加,0 mPa· s粘度上升至500。树脂增稠的体例?经高吸水性, 显的触变性往往显露出明。切力后 随时分迟缓降低即体例的粘度正在受到剪,放手后而剪切,可 复兴粘度又。稠体例的触变HPMA增性