大学材料科学与工程经典第八章-超强吸水高分子材料课件

第八章吸附性高分子材料主要内容分类制备性能应用2024/1/6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2024/1/6材料2024/1/6材料ClassificationAccordingtothesource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-absorbentresin2024/1/6材料2024/1/6材料2024/1/6材料2024/1/6材料2024/1/6材料2024/1/6材料2024/1/6材料SuperAbsorbentPolymer超强吸水高分子材料2024/1/6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2024/1/6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2024/1/6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2024/1/6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2024/1/6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2024/1/6材料用途超强吸水高分子材料综述2024/1/6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2024/1/6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。H2O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合皂化物其它聚乙烯醇类聚乙烯醇交联聚合物乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物其它纯合成高分子淀粉类淀粉—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纤维素类纤维素接枝共聚物纤维素衍生物交联物其它其它多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等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。类别聚丙烯酸（盐）类

聚乙烯醇类比较

吸水性强，工艺成熟，合成方法多样。

吸水倍率不及聚丙烯酸类,但它的特点是吸水速度快,2～3分钟内即可达到饱和吸水量的一半。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区别与联系

淀粉系纤维素系合成系价格低廉、生物降解性能好抗霉解性优工艺简单，吸水、保水能力强吸水速度较快耐水解，吸水后凝胶强度大，保水性强.抗菌性好.但可降解性差.适用于工业生产缺点

合成工艺复杂，易腐败，耐热性不佳，吸水后凝胶强度低，长期保水性差，耐水解性较差。优点

储量丰富，可不断再生，成本低;无毒且能微生物分解，可减少对环境的污染。共同点

均是葡萄糖的多聚体，可以采用相类似的单体、引发剂、交联剂进行吸水树脂的制备甲壳质衍生物SAP的结构怎样？四、SAP结构

主链或侧链上含有亲水性基团，如

-ＳＯ3Ｈ、-ＣＯＯＨ、-ＣＯＮＨ2、-ＯＨ等

吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ

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术语

解释

影响引发剂

引发自由基聚合反应

用量：一般为单体的0.01~0.8%

用量过多：网络变小吸水率用量过少：可溶部分增多吸水率交联剂

令聚合物链相互交联决定了树脂空间网络的大小

用量：一般为0.2～0.8%

用量过多：网络收缩吸水率用量太少：树脂溶解度吸水率五、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纤维