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1、第八章吸附性高分子材料第1页，本讲稿共48页主要内容n分类分类n制备制备n性能性能n应用应用第2页，本讲稿共48页高分子吸附剂的定义n是一种具有物质传递功能的高分子材料是一种具有物质传递功能的高分子材料n利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或者化学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，进而发生作用，使两者发生暂时或者永久性结合，进而发生各种功效各种功效n物理或者化学作用包括物理吸附，范德华力，静电力，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配位键及离子键的形成第3页，本讲稿共48页第4页，本讲稿共48页Classificat
2、ionnAccording to the sourcen天然天然Natural Absorbent polymeric materials nalways biodegradablen改性淀粉，纤维素，壳聚糖（改性淀粉，纤维素，壳聚糖（Modified starch，cellulose,chitosan）n合成合成Synthetic Absorbent polymeric materialsn离子交换树脂（聚苯乙烯骨架）离子交换树脂（聚苯乙烯骨架）ion exchange resinn高分子螯合剂（骨架含高分子螯合剂（骨架含O，N，P，S，可与金属形成配位键），可与金属形成配位键）polyme
3、ric chelatorn高吸水树脂（骨架上含亲水基团，如高吸水树脂（骨架上含亲水基团，如-OH，-COOH，COOM，-NH2等）等）Super water-absorbent resin第5页，本讲稿共48页第6页，本讲稿共48页Molecular architecture designn引入不同官能团调节极性引入不同官能团调节极性Polarityn调整交联度调整交联度(Cross-linking degree)改善溶胀性改善溶胀性(swelling capacity)n调节制备工艺以制备多规格多孔材料调节制备工艺以制备多规格多孔材料(Pore size and density)第7页，本
4、讲稿共48页第8页，本讲稿共48页第9页，本讲稿共48页第10页，本讲稿共48页第11页，本讲稿共48页第12页，本讲稿共48页第13页，本讲稿共48页超强吸水高分子材料超强吸水高分子材料优点优点用途用途一、吸一、吸 水水 原原 理理二、分类二、分类三、基本结构三、基本结构四、四、SAPSAP结构结构五、合成高吸水分子中一些重要术语五、合成高吸水分子中一些重要术语六、接枝共聚反应实例六、接枝共聚反应实例第14页，本讲稿共48页高吸水性树脂高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer简称简称SAP)也称为也称为高吸水性树脂高吸水性树脂、超强吸水剂超强吸水剂、高吸水性聚合物高吸水性
5、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。高吸水性树脂高吸水性树脂第15页，本讲稿共48页既然安上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.SV.S普通吸水材料普通吸水材料SAP超强吸水高分子材料综述超强吸水高分子材料综述第16页，本讲稿共48页吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。SAP优点吸水前吸水前吸水后吸水后超强吸水高分子材料综述超强吸水高分子材料综述第17页，本讲稿共48页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超强吸水高分子材料综述第18页，本讲稿共48页用途超强
6、吸水高分子材料综述第19页，本讲稿共48页用途植物养护泥各式吸潮剂超强吸水高分子材料综述第20页，本讲稿共48页第21页，本讲稿共48页SAPSAP是怎样吸水的？是怎样吸水的？第22页，本讲稿共48页一、吸 水 原 理1.吸吸 水水 实实 质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。第23页，本讲稿共48页H2O阶段阶段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
7、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）第24页，本讲稿共48页 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。阶段阶段3吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图 第25页，本讲稿共48页SAPSAP有哪些种类？有哪些种类？第26页，本讲稿共48页SAP合成高分子系淀粉系纤维素系二、分 类甲壳质衍生物第27页，本讲稿共48页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第28页，本讲稿共48页淀粉类淀粉丙
8、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第29页，本讲稿共48页制造制造SAPSAP的原料是怎样的？的原料是怎样的？第30页，本讲稿共48页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,23分钟内即可达到饱和吸水量的一半。三、基本结构第31页，本讲稿共48页线型聚丙 烯 酸 结构
9、示意图 合成超高吸水高分子材料第32页，本讲稿共48页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第33页，本讲稿共48页纤维素系超高吸水高分子材料纤维素结构第34页，本讲稿共48页区别与联系 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
10、，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第35页，本讲稿共48页甲壳质衍生物第36页，本讲稿共48页SAPSAP的结构怎样？的结构怎样？第37页，本讲稿共48页四、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：第38页，本讲稿共48页第39页，本讲稿共48页淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图微观结构多孔网
11、状结构第40页，本讲稿共48页术语 解释 影 响引发剂 引发自由基聚合反应 用量：一般为单体的0.010.8%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0.20.8%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第41页，本讲稿共48页第42页，本讲稿共48页n天然产物的接枝改性天然产物的接枝改性第43页，本讲稿共48页第44页，本讲稿共48页第45页，本讲稿共48页原料糊化通氮净化硝酸铈胺硝酸丙丙烯烯腈腈氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液离心中和产品粉碎调PH 干燥淀粉与丙烯腈制造实例第46页，本讲稿共48页制造制造SAPSAP的新方法的新方法微波法微波法高效节能，无环境污染高效节能，无环境污染加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应加热速度快、均匀、有选择性、无滞后效应纸浆纤维纸浆纤维2.53.5min单体丙烯酸单体丙烯酸第47页，本讲稿共48页第48页，本讲稿共48页