第三章高吸附树脂优秀PPT.ppt

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1、3.1 3.1 概述概述 自古以来，吸水材料的任自古以来，吸水材料的任务务始始终终是由是由纸纸、棉、棉花和海花和海绵绵以及后来的泡沫塑料等材料所担当的。以及后来的泡沫塑料等材料所担当的。但但这这些材料的吸水些材料的吸水实实力通常很低，所吸水量最多力通常很低，所吸水量最多仅为仅为自身重量的自身重量的2020倍左右，而且一旦受到外力作倍左右，而且一旦受到外力作用，用，则则很很简洁简洁脱水，保水性很差。脱水，保水性很差。60 60年年头末期，美国首先开末期，美国首先开发成功高吸水性成功高吸水性树脂。脂。这是一是一种含有种含有强亲水性基水性基团并通常具有确定交并通常具有确定交联度的高分子材料。度的高分

2、子材料。它不溶于水和有机溶它不溶于水和有机溶剂，吸水，吸水实力可达自身重量的力可达自身重量的50050020002000倍，最高可达倍，最高可达50005000倍，吸水后倍，吸水后马上溶上溶胀为水凝胶，有水凝胶，有优良的良的保水性，即使受保水性，即使受压也不易也不易挤出。吸取了水的出。吸取了水的树脂干燥后，吸脂干燥后，吸水水实力仍可复原。力仍可复原。由于上述的奇妙性能，高吸水性由于上述的奇妙性能，高吸水性树脂引起了人脂引起了人们较大的大的爱好。好。问世世3030多年来，多年来，发展极其快速，展极其快速，应用用领域已域已经渗透到渗透到各行各各行各业。如在石油、化工、等部。如在石油、化工、等部门中

3、被用作堵水中被用作堵水剂、脱水、脱水剂、等；在医、等；在医疗卫生部生部门中用作外用中用作外用药膏的基材、膏的基材、缓释性性药剂、抗血栓材料等；在、抗血栓材料等；在农业部部门中用作土壤改良中用作土壤改良剂等。在日等。在日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。高吸水性高吸水性树脂是一脂是一类高分子高分子电解解质。水中。水中盐类物物质的存的存在会在会显著影响著影响树脂的吸水脂的吸水实力，在确定程度上限制了它的力，在确定程度上限制了它的应用。提高高吸水性用。提高高吸水性树脂脂对含含盐液体（如尿液，血液、肥料水液体（如尿液，血液、肥料水等）的吸取

4、等）的吸取实力，将是今后高吸水性力，将是今后高吸水性树脂探脂探讨工作中的一个工作中的一个重要重要课题。此外，。此外，对高吸水性高吸水性树脂吸水机理的理脂吸水机理的理论探探讨工作工作也将也将进一步开展，以指一步开展，以指导这一一类功能高分子材料向更高水平功能高分子材料向更高水平发展。展。3.2 3.2 高吸水性高吸水性树树脂的脂的类类型和制型和制备备方法方法3.2.13.2.1高吸水性高吸水性树树脂的脂的类类型型 依据原料来源、依据原料来源、亲亲水基水基团团引入方法、交引入方法、交联联方法、方法、产产品形品形态态等的不同，高吸水性等的不同，高吸水性树树脂可有多种分脂可有多种分类类方方法，如表法，

5、如表3-13-1所示。其中以原料来源所示。其中以原料来源这这一分一分类类方法最方法最为为常用。按常用。按这这种方法分种方法分类类，高吸水性，高吸水性树树脂主要可分脂主要可分为为淀粉淀粉类类、纤维纤维素素类类和合成聚合物和合成聚合物类类三大三大类类。下面。下面分分别别介介绍绍之。之。表表3-1 3-1 高吸水性高吸水性树脂分脂分类分分 类类 方方 法法类类 别别按原料来源分类按原料来源分类a.a.淀粉类；淀粉类；b.b.纤维素类；纤维素类；c.c.合成聚合物类：聚丙烯酸盐系；合成聚合物类：聚丙烯酸盐系；聚乙烯醇系；聚乙烯醇系；聚氧乙烯系等。聚氧乙烯系等。按亲水基团引入方式分类按亲水基团引入方式分

6、类a.a.亲水单体直接聚合；亲水单体直接聚合；b.b.疏水性单体羧甲基化；疏水性单体羧甲基化；c.c.疏水性聚合物用亲水单体接枝；疏水性聚合物用亲水单体接枝；d.d.腈基、酯基水解。腈基、酯基水解。按交联方法分类按交联方法分类a.用交联剂网状化反应；用交联剂网状化反应；b.自身交联网状化反应；自身交联网状化反应；c.辐射交联；辐射交联；d.在水溶性聚合物中引入疏水基团在水溶性聚合物中引入疏水基团或结晶结构。或结晶结构。按产品形状分类按产品形状分类a.粉末状；粉末状；b.颗粒状；颗粒状；c.薄片状；薄片状；d.纤维状。纤维状。1 1）淀粉）淀粉类类 淀粉淀粉类类高吸水性高吸水性树树脂主要有两种形

7、式。一种是淀粉与丙脂主要有两种形式。一种是淀粉与丙烯腈进烯腈进行接枝反行接枝反应应后，用碱性化合物水解引入后，用碱性化合物水解引入亲亲水性基水性基团团的的产产物，由美国物，由美国农业农业部北方探部北方探讨讨中心开中心开发发成功；另一成功；另一类类是淀粉是淀粉与与亲亲水性水性单单体（如丙体（如丙烯烯酸、丙酸、丙烯酰烯酰胺等）接枝聚合，然后用胺等）接枝聚合，然后用交交联剂联剂交交联联的的产产物，是由日本三洋化成公司首开先河的。物，是由日本三洋化成公司首开先河的。2 2）纤维纤维素素类类 纤维纤维素改性高吸水性素改性高吸水性树树脂也有两种形式。一种是脂也有两种形式。一种是纤维纤维素素与一与一氯氯醋酸

8、反醋酸反应应引入引入羧羧甲基后用交甲基后用交联剂联剂交交联联而成的而成的产产物；另物；另一种是由一种是由纤维纤维素与素与亲亲水性水性单单体接枝共聚体接枝共聚产产物。物。纤维纤维素改性高吸水性素改性高吸水性树树脂的吸水倍率脂的吸水倍率较较低，同低，同时时亦存在亦存在易受易受细细菌的分解失去吸水、保水菌的分解失去吸水、保水实实力的缺点。力的缺点。3 3）合成聚合物）合成聚合物类 合成高吸水性合成高吸水性树脂目前主要有四种脂目前主要有四种类型：型：（1 1）聚丙）聚丙烯酸酸盐类 这是目前生是目前生产最多的一最多的一类合成高吸水性合成高吸水性树脂，由丙脂，由丙烯酸酸或其或其盐类与具有二官能度的与具有二

9、官能度的单体共聚而成。制体共聚而成。制备方法有溶液方法有溶液聚合后干燥粉碎和聚合后干燥粉碎和悬浮聚合两种。浮聚合两种。这类产品吸水倍率品吸水倍率较高，高，一般均在千倍以上。一般均在千倍以上。（2 2）聚丙）聚丙烯腈水解物水解物 将聚丙将聚丙烯腈用碱性化合物水解，再用碱性化合物水解，再经交交联剂交交联，即得，即得高吸水性高吸水性树脂。如将脂。如将废晴晴纶丝水解后用水解后用氢氧化氧化钠交交联的的产物物即即为此此类。由于。由于氰基的水解不易基的水解不易彻底，底，产品中品中亲水基水基团含量含量较低，故低，故这类产品的吸水倍率不太高，一般在品的吸水倍率不太高，一般在50050010001000倍左倍左右

10、。右。（3 3）醋酸乙）醋酸乙烯酯共聚物共聚物 将醋酸乙将醋酸乙烯酯与丙与丙烯酸甲酸甲酯进行共聚，然后将行共聚，然后将产物用碱物用碱水解后得到乙水解后得到乙烯醇与丙醇与丙烯酸酸盐的共聚物，不加交的共聚物，不加交联剂即可成即可成为不溶于水的高吸水性不溶于水的高吸水性树酯。这类树脂在吸水后有脂在吸水后有较高的机高的机械械强度，适用范度，适用范围较广。广。（4 4）改性聚乙）改性聚乙烯醇醇类 这类高吸水性高吸水性树脂由聚乙脂由聚乙烯醇与醇与环状酸状酸酐反反应而成，不而成，不需外加交需外加交联剂即可成即可成为不溶于水的不溶于水的产物。物。这类树脂由日本可脂由日本可乐丽公司首先开公司首先开发成功，吸水倍

11、率成功，吸水倍率为150150400400倍，倍，虽吸水吸水实力力较低，但初期吸水速度低，但初期吸水速度较快，耐快，耐热性和保水性都性和保水性都较好，故好，故是一是一类适用面适用面较广的高吸水性广的高吸水性树脂。脂。3.2.2.3.2.2.高吸水性高吸水性树脂的制脂的制备方法方法1 1）淀粉）淀粉类类高吸水性高吸水性树树脂的制脂的制备备方法方法 美国美国农业农业部北方探部北方探讨讨中心最早开中心最早开发发的淀粉的淀粉类类高吸水性高吸水性树树脂是接受接枝合成法制脂是接受接枝合成法制备备的。即先将丙的。即先将丙烯腈烯腈接枝到淀粉等接枝到淀粉等亲亲水性自然高分子上，再加入水性自然高分子上，再加入强强

12、碱使碱使氰氰基水解成基水解成羧羧酸酸盐盐和和酰酰胺胺基基团团。这这种接枝化反种接枝化反应应通常接受四价通常接受四价铈铈作引作引发剂发剂，反，反应应在水在水溶液中溶液中进进行。行。丙丙烯腈的接枝率与支的接枝率与支链分子量分子量对最最终产品吸水品吸水实力有极力有极大影响。大影响。例如，运用未胶化的粒状淀粉例如，运用未胶化的粒状淀粉进行接枝反行接枝反应所得支所得支链的的重均分子重均分子质量量为1010万，接枝万，接枝频率（即一个接枝支率（即一个接枝支链所所对应的的脱水葡萄糖脱水葡萄糖单元数）元数）为500500。而运用在。而运用在70 70 胶化胶化处理理3030分分钟的淀粉的淀粉进行接枝，所得的支

13、行接枝，所得的支链重均分子重均分子质量量为8080万，接枝万，接枝频率率为40004000。前者吸水。前者吸水实力力为自重的自重的300300倍，而后者倍，而后者则为12001200倍。倍。用用该方法制得的高吸水性方法制得的高吸水性树脂脂虽有有较好的吸水好的吸水实力，但力，但由于反由于反应体系的粘度通常很大，水解反体系的粘度通常很大，水解反应不行能特不行能特别彻底，底，最最终产品中会残留有毒的丙品中会残留有毒的丙烯腈单体，故限制了它体，故限制了它们的的应用。用。日本三洋化成公司日本三洋化成公司实行的改行的改进方法是将淀粉和丙方法是将淀粉和丙烯酸在酸在引引发剂作用下作用下进行接枝共聚。行接枝共聚

14、。这种方法的种方法的单体体转化率化率较高，高，残留残留单体体仅0.40.4以下，而且无毒性。以下，而且无毒性。国内的国内的长春春应用化学探用化学探讨所接受所接受Co60Co60射射线辐照玉米照玉米淀粉和土豆淀粉淀粉和土豆淀粉产生自由基，然后在水溶液中引生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙接枝丙烯酰胺，也得到了吸水率达胺，也得到了吸水率达20002000倍的高吸水性淀粉倍的高吸水性淀粉树脂。脂。制制备高吸水性高吸水性树脂的淀粉主要接受玉米淀粉和小麦淀粉，脂的淀粉主要接受玉米淀粉和小麦淀粉，也可接受土豆、也可接受土豆、红薯和大米的淀粉薯和大米的淀粉为原料，甚至有干脆接受原料，甚至有干脆接受面粉面粉为

15、原料的。原料的。高吸水性高吸水性树脂是高分子脂是高分子电介介质，对含有离子的液体吸取含有离子的液体吸取实力力显著下降，因此，著下降，因此，产品的品的净化程度化程度对吸水率影响很大。吸水率影响很大。通常接受渗析、醇沉淀、漂洗通常接受渗析、醇沉淀、漂洗净化，再用碱中和化，再用碱中和处理。理。产品的最品的最终形式随形式随净化和干燥的方式而异。醇沉淀及鼓化和干燥的方式而异。醇沉淀及鼓风干干燥的一般燥的一般为粒状粒状产品；渗析和酸沉淀及品；渗析和酸沉淀及转鼓干燥的一般制成鼓干燥的一般制成膜，也可加工膜，也可加工为粒状；若用冷粒状；若用冷冻干燥，干燥，则可制得海可制得海绵状状产品。品。这些形式都有各自的独

16、特用途。些形式都有各自的独特用途。2 2）纤维素素类高吸水性高吸水性树脂的制脂的制备方法方法 纤维素素类高吸水性高吸水性树脂的制脂的制备方法是方法是19781978年由德国赫年由德国赫尔斯特（斯特（HolstHolst）公司首先）公司首先报道的。道的。纤维素分子中含有可反素分子中含有可反应的活性的活性羟基，在碱性介基，在碱性介质中，中，以多官能以多官能团单体作体作为交交联剂，卤代脂肪酸（如一代脂肪酸（如一氯醋酸）或醋酸）或其他其他醚化化剂（如（如环氧乙氧乙烷）进行行醚化反化反应和交和交联反反应，可得，可得不同吸水率的高吸水性不同吸水率的高吸水性树脂。脂。纤维素也可接受与其他素也可接受与其他单体

17、体进行接枝共聚引入行接枝共聚引入亲水性基水性基团的方法来制取高吸水性的方法来制取高吸水性树脂。脂。制制备方法与淀粉方法与淀粉类基本相同。如基本相同。如单体可接受丙体可接受丙烯腈、丙、丙烯酸及其酸及其盐、丙、丙烯酰胺等，交胺等，交联剂可接受双丙可接受双丙烯酰胺基化合胺基化合物，如物，如N,NN,N亚甲基二丙甲基二丙烯酰胺等，引胺等，引发体系体系则可接受可接受亚盐过氧化氧化氢、四价、四价铈盐、黄原酸、黄原酸酯等，也可用等，也可用射射线辐射引射引发。不同的引。不同的引发方法所得的共聚物，其分子量和支方法所得的共聚物，其分子量和支链数量差数量差别很大很大.与淀粉与淀粉类高吸水性高吸水性树脂相比，脂相比

18、，纤维素素类的吸水的吸水实力比力比较低，一般低，一般为自身重量的几百倍，但是作自身重量的几百倍，但是作为纤维素形素形态的吸水的吸水性性树脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉类往往无法取代。往往无法取代。例如，与合成例如，与合成纤维混混纺制作高吸水性制作高吸水性织物，以改善合成物，以改善合成纤维的吸水性能。的吸水性能。这方面的方面的应用明用明显非非纤维素素类莫属。莫属。3 3）合成聚合物）合成聚合物类类高吸水性高吸水性树树脂的制脂的制备备方法方法 合成聚合物合成聚合物类类高吸水性高吸水性树树脂目前主要有聚丙脂目前主要有聚丙烯烯酸酸盐盐系和系和聚乙聚乙烯烯醇系两大系列。

19、依据所用原料、制醇系两大系列。依据所用原料、制备备工工艺艺和和亲亲水基水基团团引入方式的不同，衍生出很多品种。引入方式的不同，衍生出很多品种。（1 1）聚丙）聚丙烯酸酸盐系系 聚丙聚丙烯酸酸盐系高吸水性系高吸水性树脂的制脂的制备方法主要接受丙方法主要接受丙烯酸酸干脆聚合皂化法、聚丙干脆聚合皂化法、聚丙烯腈水解法和聚丙水解法和聚丙烯酸酸酯水解法三种水解法三种工工艺路途，最路途，最终产品均品均为交交联型型结构。构。(a)(a)丙丙烯酸干脆聚合皂化法酸干脆聚合皂化法 丙丙烯酸在聚合酸在聚合过程中由于程中由于氢键作用特作用特别猛烈，自猛烈，自动加加速效速效应严峻。因此，反峻。因此，反应后期极易后期极易

20、发生疑胶。故在工生疑胶。故在工艺上上常接受丙常接受丙烯酸酸钠与二与二烯类单体干脆共聚的方法来解决聚合体干脆共聚的方法来解决聚合上的困上的困难。丙丙烯酸及其酸及其盐类是水溶性是水溶性单体，若欲制得体，若欲制得颗粒状的高粒状的高吸水性吸水性树脂，常接受有机溶脂，常接受有机溶剂逆向逆向悬浮聚合工浮聚合工艺。反反应历程如下：程如下：(b)(b)聚丙聚丙烯腈水解法水解法 将聚丙将聚丙烯腈用碱水解，再用甲用碱水解，再用甲醛、氢氧化氧化铝等交等交联剂交交联成网状成网状结构分子，也是制构分子，也是制备高吸水性高吸水性树脂的有效方法之一。脂的有效方法之一。这种方法种方法较适用于适用于腈纶废丝的回收利用。的回收利

21、用。如用如用氢氧化氧化铝交交联腈纶废丝的皂化的皂化产物，最物，最终产品的吸品的吸水率水率为自身重量的自身重量的700700倍。倍。反反应历程：程：(c)(c)聚丙聚丙烯烯酸酸酯酯水解法水解法 通通过过聚丙聚丙烯烯酸酸酯酯的水解引入的水解引入亲亲水性基水性基团团是目前制是目前制备备聚丙聚丙烯烯酸酸盐盐系高吸水性系高吸水性树树脂最常用的方法。脂最常用的方法。这这是因是因为为丙丙烯烯酸酸酯酯品品种多种多样样，自聚、共聚性能都特，自聚、共聚性能都特别别好，可依据不同聚合工好，可依据不同聚合工艺艺制制备备不同外形的不同外形的树树脂。用碱水解后，依据水解程度的不同，就脂。用碱水解后，依据水解程度的不同，就

22、可得到粉末状、可得到粉末状、颗颗粒状甚至薄膜状的吸水粒状甚至薄膜状的吸水实实力各异的高吸水力各异的高吸水性性树树脂。脂。最常用的是将丙最常用的是将丙烯酸酸酯与二与二烯类单体在分散体在分散剂存在下存在下进行行悬浮聚合，再用碱浮聚合，再用碱进行部分水解的方法。行部分水解的方法。产物的吸水率物的吸水率为30030010001000倍。倍。用醋酸乙用醋酸乙烯与丙与丙烯酸酸酯共聚后水解，可得性能更好的高共聚后水解，可得性能更好的高吸水性吸水性树脂。如用醋酸乙脂。如用醋酸乙烯与丙与丙烯酸甲酸甲酯共聚后用碱皂化，共聚后用碱皂化，产物在高吸水状物在高吸水状态下仍具有下仍具有较高高强度，度，对光和光和热的的稳定

23、性良定性良好，且具有好，且具有优良的保水性。良的保水性。2 2）聚乙）聚乙烯烯醇系醇系 聚乙聚乙烯烯醇是一种水溶性高分子，分子中存在大量活性醇是一种水溶性高分子，分子中存在大量活性羟羟基，用确定方法使其交基，用确定方法使其交联联，并引入，并引入电电离性基离性基团团，可，可获获得高吸得高吸水性的交水性的交联产联产物。所用的交物。所用的交联剂联剂有有顺顺丁丁烯烯二酸二酸酐酐、邻邻苯二甲苯二甲酸酸酐酐、双丙、双丙烯酰烯酰胺脂肪酸等。胺脂肪酸等。这这些交些交联剂联剂在起交在起交联联作用的同作用的同时时，引入了，引入了电电离性基离性基团团，起到了一箭双雕的效果。依据交，起到了一箭双雕的效果。依据交联联剂

24、剂的不同，吸水率一般的不同，吸水率一般为为自身重量的自身重量的70070015001500倍。倍。例如，用例如，用顺丁丁烯二酸二酸酐交交联聚乙聚乙烯醇的反醇的反应历程如下：程如下：3.33.3高吸水性高吸水性树树脂的吸水机理脂的吸水机理 主要从化学主要从化学组组成和分子成和分子结结构探构探讨对讨对吸水性能的影吸水性能的影响响 高吸水性高吸水性树树脂可吸取相当于自身重量几百倍到几脂可吸取相当于自身重量几百倍到几千倍的水，是目前全部吸水千倍的水，是目前全部吸水剂剂中吸水功能最中吸水功能最强强的材料。的材料。从化学从化学组组成和分子成和分子结结构看，高吸水性构看，高吸水性树树脂是分子脂是分子中含有中

25、含有亲亲水性基水性基团团和疏水性基和疏水性基团团的交的交联联型高分子。从型高分子。从直直观观上理解，当上理解，当亲亲水性基水性基团团与水分子接触与水分子接触时时，会相互，会相互作用形成各种水合状作用形成各种水合状态态。水分子与水分子与亲水性基水性基团中的金属离子形成配位水合，与中的金属离子形成配位水合，与电负性很性很强的氧原子形成的氧原子形成氢键等。等。高分子网状高分子网状结构中的疏水基构中的疏水基团因疏水作用而易于斥向网因疏水作用而易于斥向网格内格内侧，形成局部不溶性的微粒状，形成局部不溶性的微粒状结构，使构，使进入网格的水分入网格的水分子由于极性作用而局部子由于极性作用而局部冻结，失去活，

26、失去活动性，形成性，形成“伪冰冰”（False iceFalse ice）结构。构。亲水性基水性基团和疏水性基和疏水性基团的的这些作些作用，明用，明显都都为高吸水性高吸水性树脂的吸水性能作了脂的吸水性能作了贡献。献。试验证明，由于明，由于亲水性水合作用而吸附在高吸水性水性水合作用而吸附在高吸水性树脂脂中中亲水基水基团四周的水分子四周的水分子层厚度厚度约为510-10510-10610-10 m610-10 m，相当于，相当于 2 23 3个水分子的厚度。探个水分子的厚度。探讨认为，第一，第一层水分子水分子是由是由亲水性基水性基团与水分子形成了配位与水分子形成了配位键或或氢键的水合水，其的水合水

27、，其次、三次、三层则是水分子与水合水形成的是水分子与水合水形成的氢键结合合层。再往外，。再往外，亲水性基水性基团对水分子的作用力已很微弱，水分子不再受到束水分子的作用力已很微弱，水分子不再受到束缚。按按这种种结构构计算，每克高吸水性算，每克高吸水性树脂所吸取的水合水的脂所吸取的水合水的重量重量约为6 68 g8 g，加上疏水性基，加上疏水性基团所所冻结的水分子，也不的水分子，也不过15 g15 g左右。左右。这个数字，与高吸水性个数字，与高吸水性树脂的吸水量相比，相差脂的吸水量相比，相差1 12 2个数量个数量级，而与棉花、海，而与棉花、海绵等的吸水量相当。明等的吸水量相当。明显，还有更重要的

28、有更重要的结构因素在影响着构因素在影响着树脂的吸水脂的吸水实力。力。探探讨发觉，高吸水性，高吸水性树脂中的网状脂中的网状结构构对吸水性有很大吸水性有很大的影响。未的影响。未经交交联的的树脂基本上没有吸水功能。而少量交脂基本上没有吸水功能。而少量交联后，吸水率后，吸水率则会成百上千倍地增加。但随着交会成百上千倍地增加。但随着交联密度的增加，密度的增加，吸水率反而下降。吸水率反而下降。图3-13-1为交交联剂聚乙二醇双丙聚乙二醇双丙烯酸酸盐（PAGDAPAGDA）对聚丙聚丙烯酸酸钠系高吸水性系高吸水性树脂吸水脂吸水实力的影响。力的影响。图3-1 3-1 交交联剂用量用量对吸水吸水实力的影响力的影响

29、 由由图中可中可见，当交，当交联剂用量从用量从0.02 g0.02 g增至增至0.4 g0.4 g时，聚，聚合物的吸水合物的吸水实力下降力下降6060以上。另外，从淀粉与丙以上。另外，从淀粉与丙烯腈接枝接枝共聚所得共聚物的吸水共聚所得共聚物的吸水实力力变更来看，随聚丙更来看，随聚丙烯腈用量和平用量和平均分子量的增大，吸水量也随之增加（均分子量的增大，吸水量也随之增加（见图3-23-2）。）。这些例子都些例子都证明，适当增大网状明，适当增大网状结构，有利于吸水构，有利于吸水实力力的提高。的提高。图3-2 AN3-2 AN含量含量对吸水吸水实力的影响力的影响 由此可由此可见，被高吸水性，被高吸水性

30、树脂吸取的水主要是被束脂吸取的水主要是被束缚在高在高分子的网状分子的网状结构内。据构内。据测定，当网格的有效定，当网格的有效链长为10-910-910-8m10-8m时，树脂具有最大的吸水性。脂具有最大的吸水性。网格太小，水分子不易渗入，网格太大，网格太小，水分子不易渗入，网格太大，则不具不具备保水保水性。此外，性。此外，树脂中脂中亲水性基水性基团的存在也是必不行少的条件，的存在也是必不行少的条件，亲水性基水性基团吸附水分子，并促使水分子向网状吸附水分子，并促使水分子向网状结构内部的渗构内部的渗透。透。因因为在一般水中，水分子是以在一般水中，水分子是以氢键形式相互形式相互连结在一在一起的，运起

31、的，运动受到确定限制。而在受到确定限制。而在亲水性基水性基团作用下，水分作用下，水分子易于子易于摆脱脱氢键的作用而成的作用而成为自由水分子，自由水分子，这就就为网格的网格的扩张和向网格内部的渗透和向网格内部的渗透创建了条件。建了条件。水分子水分子进入高分子网格后，由于网格的入高分子网格后，由于网格的弹性束性束缚，水分，水分子的子的热运运动受到限制，不易重新从网格中逸出，因此，具有受到限制，不易重新从网格中逸出，因此，具有良好的保水性。良好的保水性。差差热分析分析结果表明，吸水后的果表明，吸水后的树脂在受脂在受热至至100100时，失水失水仅1010左右；受左右；受热至至150150时，失水不超

32、，失水不超过5050，可，可见其其保水性之保水性之优良（良（见表表3-23-2）。）。表表72 72 丙丙烯腈接枝淀粉的接枝淀粉的热失水率失水率牌牌 号号100时时失水率（）失水率（）150时时失水率（）失水率（）SAN529.944.6SAN5311.139.3SAN615.4SAN6210.547.3SAN6311.649.2 高吸水性高吸水性树脂吸取水后脂吸取水后发生溶生溶胀，形成凝胶。在溶，形成凝胶。在溶胀过程中，一方面，水分子力程中，一方面，水分子力图渗入网格内使其体渗入网格内使其体积膨膨胀，另一，另一方面，由于交方面，由于交联高分子体高分子体积膨膨胀导致网格向三致网格向三维空空间扩

33、展，展，使网使网键受到受到应力而力而产生生弹性收性收缩，阻，阻挡水分子的水分子的进一步渗入。一步渗入。当当这两种相反的作用相互抵消两种相反的作用相互抵消时，溶，溶胀达到了平衡，吸水量达到了平衡，吸水量达到最大。达到最大。3.4 3.4 高吸水性高吸水性树脂的基本特性及影响因素脂的基本特性及影响因素3.4.1 3.4.1 高吸水性高吸水性 作作为为高吸水性高吸水性树树脂，高的吸水脂，高的吸水实实力是其最重要的特征力是其最重要的特征之一。从目前已之一。从目前已经经研制成功的高吸水性研制成功的高吸水性树树脂来看，吸水率脂来看，吸水率均在自身重量的均在自身重量的5005001200012000倍左右，

34、最高可达倍左右，最高可达40004000倍以上，倍以上，是是纸纸和棉花等材料吸水和棉花等材料吸水实实力的力的100100倍左右。倍左右。考察和表征高吸水性考察和表征高吸水性树脂吸水性的指脂吸水性的指标通常有两个，通常有两个，是吸水率，二是吸水速度。是吸水率，二是吸水速度。1.1.吸水率吸水率 吸水率是表征吸水率是表征树脂吸水性的最常用指脂吸水性的最常用指标。物理意。物理意义为每每克克树脂吸取的水的重量。脂吸取的水的重量。单位位为g g水水/g/g树脂。脂。影响影响树脂吸水率有很多因素，除了脂吸水率有很多因素，除了产品本身的化学品本身的化学组成成之外，之外，还与与产品的交品的交联度、水解度和被吸

35、液体的性度、水解度和被吸液体的性质等有关。等有关。（1 1）交）交联度度对吸水性的影响吸水性的影响 高吸水性高吸水性树脂在未脂在未经交交联前，一般是水溶性的，不具前，一般是水溶性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常吸水性或吸水性很低，因此通常须要要进行交行交联。但但试验表明，交表明，交联密度密度过高高对吸水性并无好吸水性并无好处。交。交联密密度度过高，一方面，网格太小而影响水分子的渗透，另一方面，高，一方面，网格太小而影响水分子的渗透，另一方面，橡胶橡胶弹性的作用增大，也不利于水分子向网格内的渗透，因性的作用增大，也不利于水分子向网格内的渗透，因此造成吸水此造成吸水实力的降低。力的降低。如用

36、三乙二醇双丙如用三乙二醇双丙烯酸酸酯（TEGDMATEGDMA）作）作为交交联剂与部与部分水解聚丙分水解聚丙烯酸甲酸甲酯（HPMAHPMA）反）反应时，当交，当交联剂用量用量为单体体重量的重量的0.60.6以下以下时，吸水率随交，吸水率随交联剂的用量增加而增加；的用量增加而增加；当交当交联剂用量大于用量大于1.11.1时，吸水率随交，吸水率随交联剂用量的增加而用量的增加而显著降低。著降低。对盐溶液、合成尿、合成血的吸取溶液、合成尿、合成血的吸取实力与交力与交联剂的关系，都遵循上述同的关系，都遵循上述同样的的规律（律（见图3-43-4、图3-53-5）。）。图3-4 HPMA3-4 HPMA吸水

37、率与吸水率与TEGDMATEGDMA用量的关系用量的关系 图3-5 HPMA3-5 HPMA吸液率与吸液率与TEGDMATEGDMA用量的关系用量的关系（2 2）水解度）水解度对吸水率的影响吸水率的影响 高吸水性高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增加而增加。但脂的吸水率一般随水解度的增加而增加。但事事实上，往往当水解度高于确定数上，往往当水解度高于确定数值后，吸水率反而下降。后，吸水率反而下降。这是因是因为随着水解度的增加，随着水解度的增加，亲水性基水性基团的数目当然增加，的数目当然增加，但交但交联剂部分也将部分也将发生水解而断裂，使生水解而断裂，使树脂的网格受到破坏，脂的网格受到破坏，从而影

38、响吸水性。表从而影响吸水性。表3-33-3表明白部分水解聚丙表明白部分水解聚丙烯酸甲酸甲酯（HPMAHPMA）的水解度与吸水性的关系。）的水解度与吸水性的关系。表表3-3 HPMA3-3 HPMA的水解度与吸水率的关系的水解度与吸水率的关系水解度水解度/2444505867808592吸水率吸水率/(g/g)21740968572186510821100390吸液率吸液率/(g/g)0.9NaCl溶液溶液2735628490655231合成尿合成尿2032687688625326合成血合成血1930567285554627（3 3）被吸液的）被吸液的pHpH值与与盐分分对吸水率的影响吸水率的影

39、响 高吸水性高吸水性树脂是高分子脂是高分子电解解质，水中，水中盐类物物质的存在和的存在和pHpH值的的变更都会更都会显著影响著影响树脂的吸水脂的吸水实力。力。这是因是因为酸、碱、酸、碱、盐的存在，一方面影响的存在，一方面影响亲水的水的羧酸酸盐基基团的解离，另的解离，另方面方面由于由于盐效效应而使原来在水中而使原来在水中应扩张的网格收的网格收缩，与水分子的，与水分子的亲和力降低。和力降低。表表3-33-3、表、表3-43-4、图3-63-6、图3-73-7几种的几种的试验结果均反映了果均反映了这种种倾向。因此，将高吸水性向。因此，将高吸水性树脂用于吸取尿液、血液，以脂用于吸取尿液、血液，以及及农

40、业、园林部分用于肥料水等含、园林部分用于肥料水等含盐液体液体时，吸取，吸取实力将大力将大大降低，大降低，这也是今后探也是今后探讨高吸水性高吸水性树脂要解决的一个重要脂要解决的一个重要问题。表表3-4 Sanwet IM3003-4 Sanwet IM300的吸液的吸液实力力被吸液被吸液吸液率（吸液率（g/gg/g）去离子水去离子水700700生理盐水（生理盐水（1.61.6NaClNaCl）6565羊血羊血7070图3-6 Sanwet IM10003-6 Sanwet IM1000对电解解质溶液的吸取溶液的吸取实力力图3-7 pH3-7 pH值对HPMAHPMA吸水率的影响吸水率的影响 2.

41、2.吸水速率吸水速率 在在树树脂的化学脂的化学组组成、交成、交联联度等因素都确定之后。高吸水度等因素都确定之后。高吸水性性树树脂的吸水速度主要受其形脂的吸水速度主要受其形态态所影响。一般来所影响。一般来说说，树树脂的脂的表面表面积积越大，吸水速度也越快。所以，薄膜状越大，吸水速度也越快。所以，薄膜状树树脂的吸水速脂的吸水速度通常度通常较较快，而与水接触后易聚集成快，而与水接触后易聚集成团团的粉末状的粉末状树树脂的吸水脂的吸水速度相速度相对较对较慢。慢。图图3-83-8为为不同形不同形态态的的Sanwet IM300Sanwet IM300的吸水的吸水速率。速率。与与纸张、棉花、海、棉花、海绵等

42、吸水材料相比，高吸水性等吸水材料相比，高吸水性树脂的脂的吸水速率吸水速率较慢，一般在慢，一般在1 1分种至数分分种至数分钟内吸水量达到最大。内吸水量达到最大。图3-8 3-8 树脂形脂形态对吸水速率的影响吸水速率的影响3.4.2 3.4.2 加加压压保水性保水性 与与纸张纸张、棉花和海、棉花和海绵绵等材料的物理吸水作用不同，高吸等材料的物理吸水作用不同，高吸水性水性树树脂的吸水脂的吸水实实力是由化学作用和物理作用共同力是由化学作用和物理作用共同贡贡献的。献的。即利用分子中大量的即利用分子中大量的羧羧基、基、羟羟基和基和酰酰氧基氧基团团与水分子之与水分子之间间的猛烈范得的猛烈范得华华力吸取水分子

43、，并由网状力吸取水分子，并由网状结结构的橡胶构的橡胶弹弹性作性作用将水分子用将水分子坚坚固地束固地束缚缚在网格中。一旦吸足水后，即形成溶在网格中。一旦吸足水后，即形成溶胀胀的凝胶体。的凝胶体。这这种凝胶体的保水种凝胶体的保水实实力很力很强强，即使在加，即使在加压压下也下也不易不易挤挤出来。出来。例如，将例如，将300 g300 g砂子与砂子与0.3 g0.3 g（0.10.1）高吸水性）高吸水性树脂混脂混合，加入合，加入100 g100 g水，置于水，置于2020、相、相对湿度湿度6060的的环境下，大境下，大约3030天后，水才蒸天后，水才蒸发干，而假如不加高吸水性干，而假如不加高吸水性树脂

44、，脂，则在同在同样条件下，只需条件下，只需7 7天，水分就完全蒸天，水分就完全蒸发。表表3-5 3-5 高吸水性高吸水性树脂与棉花保水性比脂与棉花保水性比较吸水材料吸水材料吸收液吸收液吸液率（吸液率（g/gg/g）未加压未加压加压加压7 kg/cm7 kg/cm2 2棉花棉花去离子水去离子水尿液尿液404032322.12.11.81.8HSPANHSPAN去离子水去离子水尿液尿液850850545481081040403.4.3 3.4.3 吸氨性吸氨性 高吸水性高吸水性树树脂一般脂一般为为含含羧羧酸基的阴离子高分子，酸基的阴离子高分子，为为提高提高吸水吸水实实力，必需力，必需进进行皂化，使

45、大部分行皂化，使大部分羧羧酸基酸基团转变为羧团转变为羧酸酸盐盐基基团团。但通常。但通常树树脂的水解度脂的水解度仅仅7070左右，另有左右，另有3030左右的左右的羧羧酸基酸基团团保留下来，使保留下来，使树树脂呈脂呈现现确定的弱酸性。确定的弱酸性。这这种弱酸性使种弱酸性使得它得它们对们对氨那氨那样样的碱性物的碱性物质质有猛烈的吸取作用。有猛烈的吸取作用。高吸水性高吸水性树脂的脂的这种吸氨性，特殊有利于尿布、种吸氨性，特殊有利于尿布、卫生用生用品和公共品和公共厕所等所等场合的除臭，因合的除臭，因为尿液是生物体的排泄物，尿液是生物体的排泄物，其中含有尿素其中含有尿素酶。在尿素在尿素酶的作用下，尿液中

46、的尿素的作用下，尿液中的尿素渐渐分解成氨。而高分解成氨。而高吸水性吸水性树脂不脂不仅能吸取氨，使尿液呈中性，同能吸取氨，使尿液呈中性，同时还有抑制尿有抑制尿素素酶的分解作用的功能，从而防止了异味的的分解作用的功能，从而防止了异味的产生。生。图3-93-9表表明白高吸水性明白高吸水性树脂的吸氨性和脂的吸氨性和对尿素尿素酶的抑制作用。的抑制作用。图3-9 3-9 吸水性材料吸氨吸水性材料吸氨实力的比力的比较3.4.4 3.4.4 增稠性增稠性 聚氧乙聚氧乙烯烯、羧羧甲基甲基纤维纤维素、聚丙素、聚丙烯烯酸酸钠钠等均可作等均可作为为水性水性体系的增稠体系的增稠剂剂运用。高吸水性运用。高吸水性树树脂吸水

47、后体脂吸水后体积积可快速膨可快速膨胀胀至至原来的几百倍到几千倍，因此增稠效果原来的几百倍到几千倍，因此增稠效果远远远远高于上述增稠高于上述增稠剂剂。例如，用例如，用0.40.4（wtwt）的高吸水性）的高吸水性树树脂，能使水的粘度增大脂，能使水的粘度增大约约1 1万倍，而用一般的增稠万倍，而用一般的增稠剂剂，加入，加入0.40.4，水的粘度几乎不，水的粘度几乎不变变。须须要加入要加入2 2以上才达到以上才达到这这么高的粘度。么高的粘度。高吸水性高吸水性树脂的增稠作用在体系的脂的增稠作用在体系的pHpH值为5 510 10 时表表现得尤得尤为突出。例如，含淀粉突出。例如，含淀粉类高吸水性高吸水性

48、树脂脂 HSPAN 0.1 HSPAN 0.1的的水，粘度水，粘度为 1900mPas 1900mPas，而在其中加入，而在其中加入8 8氯化化钾，粘度上，粘度上升至升至5000 MPas5000 MPas。经高吸水性高吸水性树脂增稠的体系，通常表脂增稠的体系，通常表现出明出明显的触的触变性。即体系的粘度在受到剪切力后随性。即体系的粘度在受到剪切力后随时间快速快速下降，而剪切停止后，粘度又可复原（下降，而剪切停止后，粘度又可复原（见图3-103-10）。）。图3-10 HPMA3-10 HPMA增稠体系的触增稠体系的触变性性3.53.5高吸水性高吸水性树脂的脂的应用用（1 1）日常生活）日常生活 婴儿一次性尿布、宇航儿一次性尿布、宇航员尿巾、尿巾、妇女女卫生用品、餐巾、生用品、餐巾、手帕、手帕、绷带、脱脂棉等。、脱脂棉等。（2 2）农用保水用保水剂（3 3）用作医）用作医疗卫生材料生材料（4 4）工）工业吸水吸水剂（5 5）食品工）食品工业 包装材料、保包装材料、保鲜材料、脱水材料、脱水剂、食品增量、食品增量剂等。等。