水溶性高分子课件.ppt
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1、2022/12/2,1,第四章 丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物 4.6.3 高吸水性树脂,2022/12/2,2,Contents,概述,吸水原理,分类,特性,应用,发展趋势,2022/12/2,3,?,2022/12/2,4,纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等。吸水能力通常很低,所吸水量最多仅为自身重量的20倍左右,一旦受到外力作用,则很容易脱水,保水性很差。,一、概述,2022/12/2,5,V.S,普通吸水材料,SAP,一、概述,2022/12/2,6,吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。,吸水前,吸水后,一、概述,2022/12/2,7,保水能力高:即使受压也不易失水,2022/12/
2、2,8,高吸水性树脂也称为超强吸水高分子材料、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。是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。,一、概述,2022/12/2,9,自1966年美国农业部北方研究所Fanta等制得了最早的高吸水性脂部分水解的淀粉接枝丙烯腈共聚物后,这种通过对天然产物进行接枝改性来制备高吸水性树脂的研究逐渐成为研究热点,形成了一个独立、新兴的科研领域。日本、美国和西欧在这一领域一直处于领先地位,他们对淀粉接枝丙烯腈的工艺提出了很多改良方案,并申请了专利,如用甲醇- 水混合溶剂进行水解,不仅解决了水解难题,同时提高了吸水速率。1975 年
3、美国成功研究出“淀粉聚丙烯腈接枝”的高吸水产品并进入市场;随后日本三洋化成公司考虑到丙烯腈单体残留在聚合物中会有毒性,不安全,而开发出“淀粉- 丙烯酸交联性单体接枝共聚物。1978年日本批准了高吸水性树脂应用于生理卫生材料,并最先将它应用于卫生品;UCC 公司还报道了用放射线对各种氧化烯烃作交联处理,合成非离子型高吸水性树脂,其吸水性能力为2000 倍,从而打开了合成非离子型高吸水性树脂的大门。20 世纪80 年代后,欧、美、日各大化学公司相继开发出各种类型具有保水功能的高吸水性树脂,并对制造方法、树脂性能、应用领域进行了大量的研究。,发展历程,2022/12/2,10,我国高吸水性树脂的研究
4、工作起步较晚,还处在初级阶段,产品主要用于农业方面。近年来,我国在高吸水性树脂方面的研究也取得了一些成果。eg:北京大学完成了淀粉-丙烯酸盐系列和丙烯酸-丙稀酰的研究;武汉大学利用腈纶废丝制备了高吸水性脂;南开大学进行了淀粉-聚丙烯腈接枝共聚物的研究;广州化学所进行了纤维素-丙烯腈的研究等,都取得了很好的成果。近年来国内采用射线辐射引发接枝共聚、用微波照射聚合等,这些研究为发展我国的高吸水性树脂奠定了坚实基础。,2022/12/2,11,SAP是怎样吸水的?,?,2022/12/2,12,二、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
5、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。,2022/12/2,13,阶段2,吸水树脂的离子型网络,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),2022/12/2,14,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,2022/12/2,15,SAP
6、有哪些种类?,?,2022/12/2,16,三、分 类,2022/12/2,17,高吸水性树脂分类,2022/12/2,18,以制品形态分类,高吸水性树脂可分为粉末状、纤维状、膜片状、微球状等。以制备方法分类,高吸水性树脂可分为合成高分子聚合交联、羧甲基化、淀粉接枝共聚、纤维素接枝共聚等。以降解性能分类,SAP可分为非降解型(包括丙烯酸钠、甲基丙烯酸甲酯等聚合产品)、可降解型(包括淀粉、纤维素等天然高分子的接枝共聚产品)。,2022/12/2,19,SAP的特性怎样?,?,2022/12/2,20,四、高吸水性树脂的基本特性 高吸水性 加压保水性吸氨性增稠性,2022/12/2,21,1 高吸
7、水性,作为高吸水性树脂,高的吸水能力是其最重要的特征之一。从目前已经研制成功的高吸水性树脂来看,吸水率均在自身重量的50012000倍左右,是纸和棉花等材料吸水能力的100倍左右。,2022/12/2,22,视频,2022/12/2,23,考察和表征高吸水性树脂吸水性的指标通常有两个: 吸水率 吸水速度,2022/12/2,24,1.1 吸水率,吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。物理意义为每克树脂吸收的水的重量。单位为g水/g树脂。影响树脂吸水率有很多因素,除了产品本身的化学组成之外,还与产品的交联度、水解度和被吸液体的性质等有关。,2022/12/2,25,高吸水性树脂在未经交联前,一般是
8、水溶性的,不具备吸水性或吸水性很低,因此通常需要进行交联。实验表明,交联密度过高对吸水性并无好处。交联密度过高,一方面,网格太小而影响水分子的渗透,另一方面,橡胶弹性的作用增大,也不利于水分子向网格内的渗透,因此造成吸水能力的降低。,(1)交联度对吸水性的影响,2022/12/2,26,高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增加而增加。当水解度高于一定数值后,吸水率反而下降。这是因为随着水解度的增加,亲水性基团的数目固然增加,但交联剂部分也将发生水解而断裂,使树脂的网格受到破坏,从而影响吸水性。,(2)水解度对吸水率的影响,2022/12/2,27,高吸水性树脂是高分子电解质,水中盐类物质的存在和
9、pH值的变化都会显著影响树脂的吸水能力酸、碱、盐的存在,一方面影响亲水的羧酸盐基团的解离,另方面由于盐效应而使原来在水中应扩张的网格收缩,与水分子的亲和力降低,因此吸水率降低。,(3)被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响,2022/12/2,28,在树脂的化学组成、交联度等因素都确定之后。高吸水性树脂的吸水速度主要受其形壮所影响。一般来说,树脂的表面积越大,吸水速度也越快。所以,薄膜状树脂的吸水速度通常较快,而与水接触后易聚集成团的粉末状树脂的吸水速度相对较慢。,4.1.2 吸水速率,2022/12/2,29,与纸张、棉花、海绵等吸水材料相比,高吸水性树脂的吸水速率较慢,一般在1分种至数分钟内吸
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