第八章 吸附性高分子材料.ppt

1、第八章 吸附性高分子材料,Absorbent polymeric materials,主要内容,分类 制备 性能 应用,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,Classification,According to the source 天然Natural Absorbent polymeric materials always biodegradable 改性淀粉，纤维素，壳聚糖（Modified starch

2、，cellulose, chitosan） 合成Synthetic Absorbent polymeric materials 离子交换树脂（聚苯乙烯骨架）ion exchange resin 高分子螯合剂（骨架含O，N，P，S，可与金属形成配位键）polymeric chelator 高吸水树脂（骨架上含亲水基团，如-OH，-COOH，COOM，-NH2等）Super water-absorbent resin,Molecular architecture design,引入不同官能团调节极性Polarity 调整交联度(Cross-linking degree)改善溶胀性(swelling

3、 capacity) 调节制备工艺以制备多规格多孔材料(Pore size and density),Super Absorbent Polymer,超强吸水高分子材料,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,高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer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,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

4、料,SAP,超强吸水高分子材料综述,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,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,用途,超强吸水高分子材料综述,用途,植物养护泥,各式吸潮剂,超强吸水高分子材料综述,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。,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

5、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,纯合成高分子,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

6、大。,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,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 -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：,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,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,纤维素接枝共聚反应过