吸水高分子材料

1、吸水高分子材料吸水高分子材料的研究进度目前，对吸水性树脂的研究多是从吸水速度、吸水率、凝胶强度三个方面做工作。通过改进 树脂粒子的形状,增大比表面积，可以提高其吸水率。离子型的高吸水性树脂,如聚丙烯酸盐， 由于同离子屏蔽效应造成其耐盐性差，通过于非离子型单体共聚，可以提高其耐盐性。复合吸 水材料是改进吸水性树脂凝胶强度的新方法。林建明等人合成了膨润土的部分水解交联的聚 丙烯酰胺树脂，通过SEM电镜观察，发现膨润土全部吸附于树脂交联网络，使凝胶的刚性增 强。日本三菱公司将淀粉接枝丙烯酸与PVC塑料共混,不仅提高了吸水树脂的凝胶强度，也 增强了 PVC的吸水能力。为了提高吸水性树脂的吸水性能，广大

2、科研工作者已经做了大量工 作，不断优化和改进已有的合成体系，同时还在努力探索新的聚合方法和聚合体系.吸水高分子材料的吸水机理高吸水性树脂的吸水分几个阶段。最初阶段其吸水速率很慢，因为此时的吸水是通过毛细管 吸附和分散作用来实现的，接着水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用，使之发生离解，阴离 子固定在高分子链上，阳离子则可以自由移动。随着亲水基因的进一步离解，阴离子数目增多， 离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张;同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散, 导致阳离子在树脂网络内浓度增大，于是网络内外产生渗透压，水份进一步渗入。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，

3、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。材料吸水能力的差异与原因人们追求的目标是使吸水性材料具有更高的吸水能力和吸水速度。由材料的结构和吸水原理 可知，影响树脂吸水能力的因素有很多，主要有交联密度.结构组成.溶液性质.表面形态.制备 方法.流体力学体积等。如未经交联的树脂基本上没有吸水功能，而交联后，吸水率会成千 倍的上升，但随着交联密度的增加，吸水率反而下降。在聚丙烯酸树脂中引入亲水性非离子 型单体共聚，可提高吸水速度，但影响了吸水能力。引入非离子单体还可以改善耐盐性。引 入强电解质基团可提高树脂的吸水能力。采用反向悬浮聚合法制得的产品吸水速度快，吸水 能力高，通

4、过干燥即可得到粒状产品，但反应时间较长，工艺复杂，适于实验室条件。采用 溶液聚合制备工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。总体来说，影响吸水高分子材料的 吸水性的因素很多，但主要还是交联密度和外部溶液对其影响最大。高分子吸水能力的影响因素1）合成工艺条件的影响单体。单体的浓度是生产合成系超强吸水高分子材料的关键。对于均聚反应浓度太低，不但 不能交联，而且易结块，使聚合难以进行;浓度太高,反应过于猛烈，链转移反应增加，支化程度、 自交联程度高，降低了材料的吸水性能。中和度。由于吸水树脂的吸水能力与高分子电解质的电荷密度有关，所以中和度对于吸水倍 率有很大影响。中和度较低时,水中酸度较高，聚合速率

5、大，易引起瞬间大量降低。中和度过高 时,由于水中的酸度降低，反应速度降低,树脂可溶部分增多,吸水倍率下降。实验表明:反应体 系的中和度在70 %85 %时，吸水倍率最大。交联剂。交联剂用量的大小，决定了树脂的空间网络的大小,从而对树脂的吸水率有很大影响。 交联剂用量一般为反应中和物的010005 %20 %（质量）。交联剂用量很小时,树脂的可溶部 分大，吸水率低。随着交联剂用量的增加，形成适宜的网络，树脂中可溶部分减少,吸水率增加， 在合适的交联剂用量下，吸水率可达到最大值。当交联剂用量过多时，交联点密度大，网络点之 间的距离小，溶胀时不易扩张,使吸水率下降。研究发现，交联剂链的长短与吸水性能

6、有密切 关系。交联剂链过短时，树脂的微孔对水分子的吸附能力较强，水分子排列较密,凝胶强度大， 但分子网络过紧，限制了吸水时体积充分膨胀。当交联剂链过长时，形成一个长的分子网络， 树脂微孔对水分子的束缚能力减少，水在其中呈流动状态，凝胶强度低，吸水率也低。另外，交联 剂链上的官能团的亲疏水性与数量对树脂的吸水性能也有影响。引发剂。超强吸水高分子合成所采用的化学引发剂有过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、氧化 还原引发剂和铈盐、锰盐等,引发剂用量与引发剂的种类、生产方式有关，一般用量为单体的 0101 %8 %（质量）。引发剂用量过大,导致聚合物交联点间的相对分子质量过小，聚合物的 网络变小，吸水倍率下

7、降。引发剂用量过小，聚合物交联点间相对分子量过大，树脂可溶部分增 多，吸水率也下降。分散稳定剂。分散稳定剂包括表面活性剂、乳化剂以及无机物粉末等。其作用是吸附在液滴 周围,形成一层致密吸附膜，起着保护、隔离胶体的作用，使分散体在整个聚合过程中处于稳定 状态。当分散稳定剂用量过小时，悬浮体系不稳定，随分散稳定剂用量增加,稳定的粒子数目增 多,产物粒径减少，吸水率增加。分散稳定剂用量过多易产生乳化现象,产物粒径过细，后处理困 难。司班类稳定剂对树脂吸水率的影响不大，而对树脂的粒径有较大的影响，且随分散剂HLB 值的增大,树脂的粒径不断降低。何培新等，采用十八烷基磷酸单酯为分散稳定剂进行聚合 反应体

8、系稳定，聚合物粒径均匀,吸水率更高。油水比。油水比是指油相与水相的体积比。油水比的改变对聚合物的吸水能力有较大的影响。 油水比较小时，形成的微珠易相撞粘在一起形成凝胶，聚合热不易散去,体系自交联程度低。另 一方面，珠滴太小，如果没有单体补充，则聚合成的产物分子量低，吸水率也降低。反应温度。为提高产物分子量,聚合温度以较低的温度适宜，为了聚合完全，一般的反应温度在 5080 C之间。反应温度低，体系粘度大，不利于反应热的排除。随着反应温度的升高，体系 粘度减小,易于引发剂的分解,单体转化率高。温度过高,易发生链转移和自交联反应，产物的吸 水率降低。2）外部溶液的影响 水溶液中盐的种类和浓度的影响

9、。由于电解质类水溶液使水向高分子内部的渗透压降低，使 高分子的吸水能力降低。吸水能力的顺序为K+ Na + Mg2 + Ca2 + ,Ca2 +离子由于与 羟基反应生产络合物，减少了阳离子之间的静电斥力,吸水率降低;盐的浓度对树脂吸水能力 影响也很大,当盐的浓度增加时吸水能力降低;由于同离子效应的影响,溶液的离子浓度越高, 对离子型的吸水高分子影响大,对非离子型的吸水高分子的影响小。溶液中pH值的影响 一般溶液pH值为67时吸水能力最强。溶液酸性较强或碱性较强，吸水能力都显著降低。吸水高分子材料的应用1.在油田中的应用。目前研究和应用的SAP主要是以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚磺酸盐聚 乙烯醇、纤

10、维素、淀粉、聚多糖、聚氧乙烯等为主合成的。其应用领域大致如下:调剖堵 水管道密封油品脱水由于SAP对有机溶剂吸收量小，对水吸收量非常大，因此可用作 油品脱水剂，可有效地脱除油品中所含的水分污水处理其他领域，油井酸化饱和，添 加少量的用乙烯酰胺-丙烯酸共聚物SAP,可使酸液释放速度降低，有利于地层的深部酸 化，也可以用SAP作为酸化液的转向剂，使酸液进入低渗透层，提高原油采收率。在水力 压裂和三次采油中作凝胶剂，还可作废钻井液的固化剂等。2.高分子吸水材料的农业应用： 吸水材料SP用于小麦栽培的试验吸水材料SP用于萝卜栽培的试验吸水材料SP用 于花卉基质栽培的试验吸水材料SP用于抨插育苗纯水晶泥在花卉上的应用3.目前，全 球生产的高吸水性树脂大约有90 %用于生产个人卫生用品如婴儿尿布和妇女卫生巾等。高 吸水性树脂还可用在农业和园林上作为