功能高分子材料课件-第八章--超强吸水高分子材料.ppt

2020/5/1,材料,第八章吸附性高分子材料,Absorbentpolymericmaterials,2020/5/1,材料,主要内容,分类制备性能应用,2020/5/1,材料,高分子吸附剂的定义,是一种具有物质传递功能的高分子材料利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或者化学作用，使两者发生暂时或者永久性结合，进而发生各种功效物理或者化学作用包括物理吸附，范德华力，静电力，配位键及离子键的形成,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,Classification,Accordingtothesource天然NaturalAbsorbentpolymericmaterialsalwaysbiodegradable改性淀粉，纤维素，壳聚糖（Modifiedstarch，cellulose,chitosan）合成SyntheticAbsorbentpolymericmaterials离子交换树脂（聚苯乙烯骨架）ionexchangeresin高分子螯合剂（骨架含O，N，P，S，可与金属形成配位键）polymericchelator高吸水树脂（骨架上含亲水基团，如-OH，-COOH，COOM，-NH2等）Superwater-absorbentresin,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,Moleculararchitecturedesign,引入不同官能团调节极性Polarity调整交联度(Cross-linkingdegree)改善溶胀性(swellingcapacity)调节制备工艺以制备多规格多孔材料(Poresizeanddensity),2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,2020/5/1,材料,SuperAbsorbentPolymer,超强吸水高分子材料,2020/5/1,材料,超强吸水高分子材料,优点,用途,一、吸水原理,二、分类,三、基本结构,四、SAP结构,五、合成高吸水分子中一些重要术语,六、接枝共聚反应实例,2020/5/1,材料,高吸水性树脂(SuperAbsorbentPolymer简称SAP)也称为高吸水性树脂、超强吸水剂、高吸水性聚合物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。,高吸水性树脂,2020/5/1,材料,既然安上super这个头衔,那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别,V.S,普通吸水材料,SAP,超强吸水高分子材料综述,2020/5/1,材料,吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。,SAP优点,吸水前,吸水后,超强吸水高分子材料综述,2020/5/1,材料,SAP优点,保水能力高:即使受压也不易失水,超强吸水高分子材料综述,2020/5/1,材料,用途,超强吸水高分子材料综述,2020/5/1,材料,用途,植物养护泥,各式吸潮剂,超强吸水高分子材料综述,2020/5/1,材料,SAP是怎样吸水的？,一、吸水原理,1.吸水实质,化学吸附,物理吸附,棉花、纸张、海绵等。,毛细管的吸附原理。有压力时水会流出。,通过化学键的方式把水和亲水性物质结合在一起成为一个整体。加压也不能把水放出。,阶段2,吸水树脂的离子型网络,2.SAP的吸水原理,网络内外产生渗透压,水份进一步渗入.,阶段1,较慢。通过毛细管吸附和分散作用吸水。,水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。,交联点,（内）,（外）,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。,阶段3,吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图,SAP有哪些种类？,SAP,合成高分子系,淀粉系,纤维素系,二、分类,甲壳质衍生物,纯合成高分子,天然高分子加工产物,制造SAP的原料是怎样的？,合成超高吸水高分子材料,目前主要分为聚丙烯酸（盐），聚乙烯醇两大类。其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。,三、基本结构,线型聚丙烯酸结构示意图,合成超高吸水高分子材料,80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究。,超强吸水剂的研究起源于淀粉系，美国北方农业省研究所从淀粉接枝丙烯腈开始，接着于1966年完成该项研究，并投入生产。,淀粉系超高吸水高分子材料,直链淀粉,支链淀粉,淀粉结构,纤维素系超高吸水高分子材料,纤维素结构,甲壳质衍生物,SAP的结构怎样？,四、SAP结构,主链或侧链上含有亲水性基团，如-3、-、-2、-等吸水能力：-3-2-,低交联度的三维网络。网络的骨架可以是淀粉、纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。,从化学结构看：,从物理结构看：,淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图,微观结构,多孔网状结构,五、合成高吸水分子中一些重要术语,如何制备高吸水性树脂,天然产物的接枝改性