李兵+(1)+吸水

1、新型吸水树脂的研究进展高分子二班李兵安徽建筑大录目录1. 吸水树脂概述2. 结构及吸水机理4. 实际应用及展望3. 分类及研究现状1.1 超吸水树脂的定义吸水树脂吸水树脂（Super Absorbent Polymer，简称SAP）,又叫水凝胶、超强吸水剂、保水剂、保湿剂，是一种含有羟基、羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物，不溶于水也不溶于有机溶剂1-3。1.2 超吸水树脂概况 其能够吸收自身重量几百倍或上千倍的水，最高其能够吸收自身重量几百倍或上千倍的水，最高可达五千倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，其有优可达五千倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，其有优良

2、的保水性，即使受压也不易挤出。良的保水性，即使受压也不易挤出。淀粉接枝丙烯腈淀粉接枝丙烯腈1961年丙烯晴接枝淀粉或纤维素丙烯晴接枝淀粉或纤维素1971年日本日本SAPSAP工业化工业化1978年广泛应用于各个领域广泛应用于各个领域APAP应用于纸尿布应用于纸尿布1983年21世纪 1.3 发发 展展 历历 程程化学结构化学结构主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性官能团.物理结构物理结构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。超吸水树脂超吸水树脂结构结构52.1 超吸水树脂的结构2.1 超吸水树脂的结构从从化学结构化学结构看：亲水基电负性越大，吸水率

3、越大。看：亲水基电负性越大，吸水率越大。 亲水性：亲水性：- COONa - COOH - CONH- COONa - COOH - CONH2 2 -OH -OH从从物理结构物理结构看：交联度的增加抑制了三维分子网的伸展，加看：交联度的增加抑制了三维分子网的伸展，加强了弹性收缩力，因而使吸水率下降；但是交联度过低，会强了弹性收缩力，因而使吸水率下降；但是交联度过低，会导致树脂的三维网络不完全，树脂在水中的可溶性增加，而导致树脂的三维网络不完全，树脂在水中的可溶性增加，而使吸水率下降。使吸水率下降。从从微观结构微观结构看：看：超吸水树脂的超吸水树脂的微观结构呈多微观结构呈多样性样性6部分水解的

4、聚部分水解的聚丙烯酞胺树脂丙烯酞胺树脂则呈则呈粒状结构粒状结构淀粉接枝丙淀粉接枝丙烯酸呈海岛烯酸呈海岛型结构型结构纤维素接枝纤维素接枝丙烯酰胺呈丙烯酰胺呈峰窝型结构峰窝型结构2.1 超吸水树脂的结构2.1 超吸水树脂的结构42.2 超吸水树脂的吸水机理吸水机理吸水机理10，11 ：超吸水性树脂是由三维空间网络构成的高聚物,它的吸水,既有物理吸附,又有化学吸附。物理吸附物理吸附：传统的吸水性材料如棉花、纸张、海绵等,其吸水主要是毛细管的吸附原理,吸水能力不高,只能吸收自重的几十倍的水,一旦施压,水就逸出。化学吸附化学吸附：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。此种吸附结合很牢,

5、加压也不会失水。2.2 超吸水树脂的吸水机理阶段一阶段二阶段三通过毛细管吸附毛细管吸附和分散作用分散作用缓慢地吸水水分子通过氢键氢键与亲水基作用,使之离解, 离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张网络内外的渗透渗透压压差趋向于零;弹性收缩力逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸吸水平衡水平衡2.3 超吸水树脂的性能表征吸水速率吸水速率吸水倍率吸水倍率凝胶强度凝胶强度反复性反复性吸盐倍率吸盐倍率保水性保水性性能指标3.1 超吸水树脂的分类8,9分 类 方 法类 别按原料来源分类a. 淀粉类；b. 纤维素类；c. 合成聚合物类：聚丙烯酸盐系； 聚乙烯醇系； 聚氧乙烯系等。按亲水基团引入方式分类a. 亲

6、水单体直接聚合；b. 疏水性单体羧甲基化；c. 疏水性聚合物用亲水单体接枝；d. 腈基、酯基水解。按交联方法分类a.用交联剂网状化反应；b.自身交联网状化反应；c.辐射交联；d.在水溶性聚合物中引入疏水基团或结晶结构。按产品形状分类a.粉末状；b.颗粒状；c.薄片状；d.纤维状。3.1 超吸水树脂的分类8,9AdvantagesDisadvantages来源广泛，产量巨大来源广泛，产量巨大价格便宜价格便宜吸水率高，通常千倍以上吸水率高，通常千倍以上生物降解性，环境友好生物降解性，环境友好耐盐碱性差耐盐碱性差 凝胶强度小凝胶强度小耐候性差耐候性差易水解，使用寿命短易水解，使用寿命短3.1.1 淀

7、粉类6-93.1.1 淀粉类3淀粉类吸水树脂的制备方法淀粉类吸水树脂的制备方法3.1.1 淀粉类研究进展：Jun ping Zhang等14采用丙烯酸接枝淀粉水溶液自由基聚合，由 N,N- 亚甲基双丙烯酰胺作为引发剂合成一种新型快速溶涨多孔超强吸水剂，该吸水剂比无孔的超吸水剂吸收能力大，吸水速度快。刘秀清等15用辐照引发淀粉接枝丙烯酸合成高吸水树脂,结果表明其具有快速的吸水和储水能力,吸水能力为去离子水达766mL/g,生理盐水64mL/g,生物相容性好,且具有生物降解性。3.1.2 纤维素类研究进展：研究进展：Hiroyuki Kono等16将纤维素溶与LiCl/NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶

8、液中，通过与丁烷四羧酸（BTCA）简单的酯化交联反应，制备出生物可降解超吸水树脂，改变BTCA的投料比，吸水率最高可达720g/g。Chunyu Chang等17在NaOH/urea溶液中，用氯丙烷作为交联剂，交联CMC和纤维素，制备出溶胀比可控的超吸水树脂。以纤维素作为骨架，CMC提供较高的溶胀比，得到的最大吸水率为1000g/g。3.1.2 纤维素类纤维素类超吸水树脂的应用和发展前景3.1.3 合成类与天然高分子接枝共聚物相比,合成类SAP具有生产生产成本低成本低,工艺简单工艺简单,生产效率高生产效率高,吸水性能好吸水性能好等一系列优点,且他们分子中不存在多糖单元,所得产品不易不易腐败腐败

9、 。合成系SAP种类很多,主要有聚丙烯腈类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸(盐)化乙烯类。研究进展：研究进展：蔡筹等18以丙烯酸为主要原料，采用先乳化后聚合的方式，制备具有多孔结构的共聚物，然后进行表面交联处理得到吸水速度较快的高吸水性树脂。3.2 超吸水树脂的制备方法传统方法新技术 本体聚合 溶液聚合 反相悬浮聚合 反相乳液聚合 超声引发 紫外光辐射引发 微波辐射引发 - 射线辐射引发3.3 超吸水树脂的改性方法提高耐盐性提高吸水速率提高凝胶强度1.同时引入离子基团和非离子基团2.以一定分子质量且含亲水基团的物质为交联剂3.利用具有表面羟基和亲水性等特点与SAP复合1.引入非离子基团2.

10、增加表面积3.SAP表面进行亲水改性1.对复合材料进行后处理，如表面交联2.在SAP中引入无机矿物3.离子型SAP与非离子型共混4.1 超吸水树脂的应用土壤保水剂生理卫生用品水泥保湿剂医药缓释电子工业包装材料密封材料污水处理超吸水树脂的应用4.1.1 生理卫生用品 制造生理卫生用品是高吸水性树脂应用研究比较成熟的一个领域，也是目前最大的市场，约占总量的70%。其也可用于化妆品、洗涤剂、水性涂料等的增稠。 4.1.2 农业、沙漠治理 由于高吸水性树脂良好的吸水能力和保水性，农业上用作土壤保水剂。只要在土壤中混入0.1%的高吸水性树脂，土壤的干湿程度会得到很好的调节，使作物长势旺盛，节省劳力。同样

11、有效治理沙漠化。4.1.3医药领域用于含水量大、使用舒适的外用软膏，生产医用绷带及棉球，用于含水量大、使用舒适的外用软膏，生产医用绷带及棉球， 制造抗感染皮制造抗感染皮肤。肤。4.1.4建材领域SAP SAP 可用作混可用作混凝土添加剂凝土添加剂, ,改改善混凝土的性善混凝土的性能，还可用于能，还可用于沥青改性、防沥青改性、防洪工程等洪工程等 。4.2 超吸水树脂的展望目前，国内外研制的各种高吸水树脂大部分对去离子水或蒸馏水有较高的吸水率，在盐水中的吸水率却降到1/501/10，这就造成其在实际应用中大打折扣。因此要解决以上难题可从以下几个方面进行研究：（1）开发抗盐性好的高吸水树脂，扩大使用

12、范围。（2）目前国内对高吸水树脂研究中，大约90%以上是产品开发方面的，涉及高吸水树脂基础理论的研究很少。（3）研发新型的复合型高吸水树脂利用无机或有机材料与高吸水树脂物理混合或参与聚合反应而制得的复合型高吸水树脂。（4）采用新的引发方法，特别是微波辐射方法、紫外辐射方法实现其工业生产。（5）改进工艺路线，符合世界研制绿色工艺产品，追求环境友好的发展趋势。我们相信沙漠变成绿洲等很快就会实现！参考文献120 April 2010 / Revised: 14 August 2010 / Accepted: 26 October 2010 The Korean Society for Biotech

13、nology and Bioengineering and Springer 20112徐磊，唐玉邦， 虞利俊， 裴 勤， 王恒义等高吸水树脂的性能及农业应用展望 江苏农业科学， （）： 3luohao Ma, Qian Li , Qinyan Yue, Baoyu Gao, Xing Xu, Qianqian Zhong Shandong Key Laboratory of Water Pollution Control and Resource Reuse, School of Environmental Science and Engineering, Shandong Universi

14、ty, 250100 Jinan, PR China4Li Fang, Ying Zhao and Tian Wei Tan* Beijing Key Lab of Biochemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029,Peoples Republic of China5卢潮陵.高吸水树脂的研究现状及其应用前景J.能源与环境，2011，2：7-9.6Yasemin Bulut,Gulten Akc,Duygu Elma. Synthesis ofclay-based superabs

15、orbent composite and its sorption capabilityJ.Journal of Hazardous Materials, 2012,171:77杨小玲,陈佑宁.淀粉-丙烯酸/聚丙烯酰胺复合吸水树脂的制备及性能J.应用化工，2012，41（5）：427-429.8黄亚琼,彭少贤,李龙.可生物降解超强吸水剂的研究进展J.化工新型材料，2011,39(4):9-17.9Francisca Santiago, Antonio E. Mucientes,Monica Osorio.Preparation of composites and nanocomposites

16、based on ben-tonite and poly(sodium acrylate). Effect of amount of bentoniteon the swelling behaviourJ.European Polymer Journal,2011,43:1-9.参考文献10刘秀清,冯建,等.60Co射线辐照淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂J.核农报,2010,2:196.11王艳.纤维素系高吸水树脂的合成及种类J.化工时刊,2010,24(12):48-50.20Chunyu Chang, Lina Zhang.Cellulose-based hydrogels: Present

17、 status and application prospectsJ.Carbohydrate Polymers,2011,84:40-53.13刘会茹,刘猛帅，等.纤维素溶剂体系的研究进展J.材料导报A，2011,25:135-139.14付林林,李贺,任培兵,等.天然纤维素溶剂的研究进展J.河北化工，2010，33（9）：14-17.15Chunyu Changa,Lingzhi Zhanga,Jinping Zhoua.Structure and properties of hydrogels prepared from cellulose in NaOH/urea aqueous solutionsJ.Carbohydrate Polymers,2010,82:122-127.16G.de Marco Lima.Characterisation of bacterial cellulose partly acetylated by dimethylacetamide/lithium chlorideJ.Materials Science and Engineering C,2011,31:190-197.参考文献17Hiroyuki Kono,Sayaka Fujita.Biodegradable superabsorbent hydrogels derived fro