第八章吸附性高分子材料精选文档.ppt

第八章吸附性高分子材料本讲稿第一页，共四十八页主要内容n分类分类n制备制备n性能性能n应用应用本讲稿第二页，共四十八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本讲稿第三页，共四十八页本讲稿第四页，共四十八页ClassificationnAccording 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）polymeric 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本讲稿第五页，共四十八页本讲稿第六页，共四十八页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)本讲稿第七页，共四十八页本讲稿第八页，共四十八页本讲稿第九页，共四十八页本讲稿第十页，共四十八页本讲稿第十一页，共四十八页本讲稿第十二页，共四十八页本讲稿第十三页，共四十八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、接枝共聚反应实例本讲稿第十四页，共四十八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本讲稿第十五页，共四十八页既然安上既然安上super这个头衔这个头衔,那我们就要看看它们和传统吸水材料的区别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本讲稿第十六页，共四十八页吸水能力高吸水能力高:可达自身重量的几百倍至几千倍。可达自身重量的几百倍至几千倍。SAP优点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本讲稿第十七页，共四十八页SAP优点优点保水能力高保水能力高:即使受压也不易失水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本讲稿第十八页，共四十八页用途用途超强吸水高分子材料综述超强吸水高分子材料综述本讲稿第十九页，共四十八页用途用途植物养护泥植物养护泥各式吸潮剂各式吸潮剂超强吸水高分子材料综述超强吸水高分子材料综述本讲稿第二十页，共四十八页本讲稿第二十一页，共四十八页SAPSAP是怎样吸水的？是怎样吸水的？本讲稿第二十二页，共四十八页一、吸一、吸 水水 原原 理理1.吸吸 水水 实实 质质化学吸附化学吸附物理吸附物理吸附棉花、纸张、海绵等。棉花、纸张、海绵等。毛细管的吸附原理。毛细管的吸附原理。有压力时水会流出。有压力时水会流出。通过化学键的方式把水和亲水性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。物质结合在一起成为一个整体。加压也不能把水放出。加压也不能把水放出。本讲稿第二十三页，共四十八页H2O阶段阶段2吸水树脂的离子型网络吸水树脂的离子型网络2.SAP2.SAP的吸水原理的吸水原理网络内外产生网络内外产生渗透压渗透压,水份进一步渗入水份进一步渗入.阶段阶段1 较慢。通过较慢。通过毛细管吸附毛细管吸附和和分散作用分散作用吸水。吸水。水分子通过水分子通过氢键氢键与树脂的亲水基团作用与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。树脂的网络扩张。交交联联点点（内）（内）（外）（外）本讲稿第二十四页，共四十八页 随着吸水量的增大随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零网络内外的渗透压差趋向于零;而网络而网络扩张的同时扩张的同时,其弹性收缩力也在增加其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电逐渐抵消阴离子的静电排斥排斥,最终达到最终达到吸水平衡吸水平衡。阶段阶段3吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图吸水剂微球吸水过程的体积变化示意图 本讲稿第二十五页，共四十八页SAPSAP有哪些种类？有哪些种类？本讲稿第二十六页，共四十八页SAP合成高分子系合成高分子系淀粉系淀粉系纤维素系纤维素系二、分二、分 类类甲壳质衍生物甲壳质衍生物本讲稿第二十七页，共四十八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纯合成高分子本讲稿第二十八页，共四十八页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天然高分子加工产物本讲稿第二十九页，共四十八页制造制造SAPSAP的原料是怎样的？的原料是怎样的？本讲稿第三十页，共四十八页合成超高吸水高分子材料 目前主要分为目前主要分为聚丙烯酸（盐）聚丙烯酸（盐），聚乙烯醇，聚乙烯醇两大类。两大类。其中，聚丙烯酸（盐）类的研究最多，产量最大。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、基本结构三、基本结构本讲稿第三十一页，共四十八页线型聚丙线型聚丙 烯烯 酸酸 结构示意图结构示意图 合成超高吸水高分子材料本讲稿第三十二页，共四十八页80年代我国开始了对淀粉系高吸水性树脂的研究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年完成该年完成该项研究，并投入生产。项研究，并投入生产。淀粉系超高吸水高分子材料淀粉系超高吸水高分子材料直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉淀粉结构淀粉结构本讲稿第三十三页，共四十八页纤维素系超高吸水高分子材料纤维素系超高吸水高分子材料纤维素结构纤维素结构本讲稿第三十四页，共四十八页区别与联系 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，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本讲稿第三十五页，共四十八页甲壳质衍生物本讲稿第三十六页，共四十八页SAPSAP的结构怎样？的结构怎样？本讲稿第三十七页，共四十八页四、四、SAP结构结构 主链或侧链上含有亲水性基团，如主链或侧链上含有亲水性基团，如 -3、-、-2、-等等 吸水能力：吸水能力：-3-2-低交联度的三维网络。网络的骨架可以是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，也可以是合成树脂淀粉、纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯如聚丙烯酸类）。酸类）。从化学结构看：从化学结构看：从物理结构看：从物理结构看：本讲稿第三十八页，共四十八页本讲稿第三十九页，共四十八页淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图微观结构微观结构多孔网状结构多孔网状结构本讲稿第四十页，共四十八页术语 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五、合成高吸水分子中一些重要术语本讲稿第四十一页，共四十八页本讲稿第四十二页，共四十八页n天然产物的接枝改性天然产物的接枝改性本讲稿第四十三页，共四十八页本讲稿第四十四页，共四十八页本讲稿第四十五页，共四十八页原料原料糊化糊化通氮净化通氮净化硝酸铈胺硝酸铈胺硝硝酸酸丙丙烯烯腈腈氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液离心中和离心中和产品产品粉碎粉碎调调PH 干燥干燥淀粉与丙烯腈制造实例淀粉与丙烯腈制造实例本讲稿第四十六页，共四十八页制造制造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本讲稿第四十七页，共四十八页本讲稿第四十八页，共四十八页