高分子吸水树脂的合成与应用。。。.doc

高分子吸水树脂的合成与应用。。。.doc 高分子吸水树脂的合成树用与 王品涛 (树石油化工大 化材院 高材宁学学0801)提要: 高吸水脂树树(Super Absorbent Polymer,SAP)是一新型功能高树树树树树树分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能,并且保水性能树树树树树树树树树树树树树树树树树树树良,一旦吸水膨成水凝胶,即使加也很把水分 离出来。因此,它在个人生用品、工生、土木建筑树树树树树树树树树树树树树树树 等各个域都有广泛用途。因而自研制成功以来树树树树树树树树树,高分子吸水脂受到了树树树树树世界各国的高度重,树树树树树展极迅速,世界范内的需求量逐年增树树树树树树树树树树,其用域也树树树树树在逐大。步树 关关关:高吸水脂树树;吸水机理;树用 高吸水脂,是一出与树树树树树树树树树2O世树60年代的一适度交的具有三树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树网构的新型功能高分子材料。由于材料分子中含有大量 的基、基等树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树水性基而具有高分子解的分强 子性能。同,由于微交三网构阻碍了分子树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树 的一,使得分子在水中只溶不溶解,具有树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树步 奇特的吸水和保水能力,它能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水,并有很的保水能力,已被广泛用于林、园、工、强树树树树树树树树树树树树树树树树 [1]医、保等各个域树树树树树树树树树。 1 高吸水性脂的构及机理关关关关关关关关 高吸水脂是一三网构树树树树树树树树树树树, 它不溶于水而大量吸水膨形成高树树树树含水凝胶。高吸水脂的主要性能是具有吸水性和保水性。要具有特性树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树,其分子中必含有树树树树树树树树树树树树树树吸水性集和一定的网构, 强即具有移的交度。表明树树树树树树树树树树: 吸水基极性极性越树树树树树树树强, 含量越多, 吸水率越高, 保水性也越好. 而交度需树树树 [2]要适中, 交度低保水性差树树树树树树树树树, 尤其在外界有力水很容易脱树树树树树树树树。大多数高吸水性脂是由分子上含有树树树树树树树树树树树水性基强(如梭基、磺酸基、胺基、基等树树树树树树树)的三树树树树树树网状构所成, 如树1所示。吸水, 树首先是离子型水在水分子的树树树树树树树树作用下始离解树树树树, 树树树离子固定在高分子上, 阳离子作可移离子在树树树树树树树树脂内部持中性。由于网具有性树树树树树树树树树树树树树树, 因而可容大量水分子树树树树树树, 当交密度树树树树树大,树树树树树树树树树脂分子的伸展受到制, 树树树树树树致吸水率下降。随着离解程的行, 高分子树树树树树树树上的离子数增多, 离子之的静斥力使脂溶树树树树树树树树树树树; 同树, 树树脂内部的阳离子度增大, 在聚合物网内外溶液之形成离子度差树树树树树树树树树树树树树树, 渗透随之增大树树树树树, 使水一树树 步树树树树树树树树树树树树树树树入聚合物内部。当离子度差提供的力不能克服聚 [3]合物交构造及分子相互作用树树树树树树树树树树树树(如树树) 所生的阻力树树树树树树, 达到和量树树树 。 1.1溶液力学理关关关关关 树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树林雄等利用溶液力学理和交网的性自由能推出如下公式: 式中:?2 —— 高聚物的密度; V1 —— 溶的摩体树树树树树树; Mc ——交高聚物树树树树交网的大小树树树树树树; X1 —— 交高树树树树树树树树树树树树树聚物与溶的相互作用参数。 树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树公式明高吸水性脂的吸水能力与水基离子和交 网状构有。水基离子生的树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树透是吸水的力因素渗, 交网状构的存树树树树树树树在是吸水的构因素。树树树树树 1.2 吸水率的表示方法 树树树树树树树树树树树树树树树吸水率的表示方法与性凝胶的膨能力的表示法相同, 即用吸水倍率来量度。吸水倍率是指位量的脂所吸收液体的量。树树树树树树树树树树树树树树树式中Q- 树脂的吸水率,m1、m2——吸收前后脂的量。树树树树树树 2 　高分子吸水脂的合成关关关关关 高分子吸水脂属新型功能性材料树树树树树树树树树树,其合成工属新技能性知树树树树树树树树,有其合成工树树树树树树和工参数脂吸水能力的影响等方面的研究尚于起树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树段。目前步,高分子吸水树脂的合成主要有两途径树树树,即接枝共聚法和交法。树树树 2.1　接枝共聚 树树树树树法主要是利用天然的多基物(淀粉、素等树树树树) 与乙基体行树树树树树树接枝共聚,是近年来研究多的合成吸水脂的方法。最早树树树树树树树树树树树树树树树 合成的吸水脂的例是淀粉与丙在硝酸引下的接枝共聚物树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树,树共聚物吸水性能不好,必在碱性条件下加水解树树树树树树树树树树树,将—CN 树树树树树树树树成水性的基、 树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树酸基、胺基等基后才具有好的吸水能力。因此,用法合成的树树树树树树脂工程而且树树树树树树树树,加水解程因物料粘度大而使操作控制困。此树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树,人树树又采用水—树甲醇混合物作溶,或直接用含水性基树树树树树树树树(树树树树树树树树树基、酸基、胺基) 的乙基体与淀粉等天然基物行接枝共聚来制吸水脂。用水树树树树树树树树树树树树树—树树树树甲醇混合 物作溶制的吸水脂树树树树树树树树,树树树树树可以解决体系粘度大和操作控制困的,但会影响树脂的吸水能力;而直接用含水性基的乙基体与多树树树树树树树树树树树树树树树树树 基物接枝共聚制吸水脂树树树树树树树树树树树,可以树树树树化工,不需要行加水解。如淀粉树树树树树树树树—树树丙 酸丙酸接枝共聚物吸水脂即是—树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树采用法合成。目前,我国大合成树树树树树树树树树树树树树树树树树树树研究所也已用法合成了此吸水性脂,并研究了脂交度等树树树树树树树 [4]其吸水能力的影响。其化学反树树树树式如下:从目前合成高分子吸水脂的树树树树 [5] 用情况看,以交聚丙酸树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树系列最多。吸水脂的构如下 2,2 　交法关关 树树树树树树树树树树吸水脂的主要特点: 1) 聚合物中含有基、酸树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树。强根、基、氨基等极性基。故其水性很2) 聚合物的骨架是一个适度交的网状构树树树树树树,树树树树有荷,属一高分子解。树树树树树树树树3) 从官能树树树树树距离看,有形成五、六、七元螯树树树树树树树树合物的可能性,树树树树树树一螯合。由构分树树树树树树析看出,不同的合成条件构有不同的影响树树树树树树树树树,相的性能也树树树树树树会 [6,7]树树树树树树生一定的化。另外,其合成工表明树树树 ,当交用量增大树树树树树树5,树吸水能力会降低1倍以上,树树树树树明分子中交点增多,交网树树树树树孔小,相的保树树树水能力降低。其次,中和度(分子中—COOH?COO- = 1?1) 由50 %增加到80 % ,其保水能力可提高60 % ,树树树树树树树树明分子中荷增加,树树斥力增大,网孔增大,保水能力增加。 但由于高分子吸水脂树树树树树树树树树树树树树树树树亦是一螯合,所以在通常条件下,尤其是在各阳树树离子(如Cu2 + 、Ca2 + 、Mg2 + 、K+ 、Na + 等) 存在下,因吸水脂能与树树树树各离子形成定程度各树树树树树树树树树树树树树树树异的螯合,因而使交网树树树树树孔小,相的保水能树树树树树力也降低。此外,交法合成的高分子吸水脂有酸树树树树树树树树树树树树树树树树树 改性聚乙树树树树树树树树树树树树醇吸水脂、醋酸乙、(甲基) 丙酸树树树树树树树树树树或丙胺衍生物与丙交共聚吸水脂等等。例如树树树树树树树树树树树树树树树,利用部分中和的丙酸与丙树树树树树酸乙二醇脂在水溶液中于50 ?下交聚合树树树,可制得高吸水脂。将来树树树树树树 酸溶解于有机溶中树树树树树树树树树,然后与PVA 交树,从而在PVA 树树树上引入基,再用碱理树树 [8]可制得改性PVA 吸水脂树树。 2. 3 其他方法 此外从聚合方法考树树树树树树树树树树树树树树树合成高吸水性脂根据不同的聚 合方法可分溶液聚合、树树树树树树树树树树树树树树树树树树反相浮聚合、反相乳液聚 合、树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树射聚合等,其中以反相浮聚合和溶液聚合研究点。 3 吸水脂的用关关关关关 高分子吸水脂因其树树树树树树树树树树树独特的性能特点,使其在人的生树树树树树树树树树树树树树活中得到了广泛的用。3.1 个人生用品关关关关 目前SAP主要的、也是成树树树树树树树树树树树树树树树熟的用是在一一次性生 用品域,树树树树树树树树树占用量的70, 一80,。由于其良的特性,树树树树树树SAP已逐树树树 [9]深人工、、医生、树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树日常生活等各个域。 3.2 医用材料 SAP作吸水,已用于能保持部分被溶液的树树树树树树树树树树树树树树树树树树 医用树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树片,含水量大、舒适的外用膏,能吸 收浸出液的治树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树及人工皮、性等。吸水性脂 的凝胶,可抑制血蛋白树树树树树树树树树树树树树树树树和血小板的粘,因而可作 [10]抗血栓材料用于制造人工树树器。 3.3 土木建筑方面 SAP树树树树树树树树树树树树可作土木工程的水材料,例如止漏英法的水或渗 多巴海峡海底隧道、香港与新加坡的地树树树树树树树树树树树、的下水道隧道、 日本神田川地下树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树池、各地工程以及京湾横穿公路工程中15 km的路段 [11]从川崎一的树树9,4 km隧道,其止水工程全面采用了SAP材料。用SAP和橡胶或塑料共混后加工成各形状的材料在树树树树树树树漏等油田化学防止油气渗中作密封或包装密封得到广泛用。树树树SAP树树树可用于水度强泥改性,制造高的混凝土。利用SAP在高湿度吸树树树树树树树树树树树树树湿、低湿度放湿的呼吸 [12] 性,将它添加在清漆或涂料内可防止树树树树树树树树树树树树树树树树面及天花板返潮,起到防霉作用。3.4　低温渗透脱水关关关关片 低温渗渗透脱水树树树树树树树树树树树透超片由百半万帕透膜的物、(如食用糖树树树树的溶液) 和高分子吸水脂构成树树树树,将其制成片状,即成透脱水渗树树树树树树树树树树树片。在食品工中,低温渗透树脱水片广泛用于树树树树树树树树树树树树树冷保存肉、等,但冷树树树树树树树树树树与解往往造成胞树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树的破坏和香味的流失。如果先用脱水片除去一部分水分,再树树树树行冷,树胞树树树保存完好,可提高食品的量。其树树树树树树树原理是:通常,食品中含有其自身重量65 %,95 %的水分,渗渗透几百至树树树树树树树树树树树树树树树树树树透超十百几万帕万帕的物。当些食品与(如低温渗树脱水片) 接触树,由于透的作用渗树树树树,食品中的水分即入脱水树树树树树树树树树树片中。操作,将 被脱水的食品用玻璃包树树树好,放于脱水片之,树树树树树,然后在低温下保持一段(树树树树树短可根据食品加工保存、保的要求而定树树树树树树) ,食品中的水分即能入脱水树树树树树树片中,从而达到任意控制食品水分的目的。使用的脱水树树树树树树树树树树片取出干燥后 可重使用。此外树树树树树树,用低温渗透脱水树树树树树树树树树树树树树树树树片可以制取低糖、低食品,在医学上有 [8]。树树用价 3.5　化关关关关关关品的添加 由于高分子吸水脂的保树树树树树树树湿性好,故在化树树树树树树树树树品中添加极少量的 吸水脂树树树树树树树树树树树树便可代替一般的保湿,起到湿皮树树树树树树树树树的功效。另外,由于高分子吸水树脂吸水后成凝胶状,因此它比一般的水溶性高分子具有更高的粘度,利用其增稠性可树树树树树树树树树树予化品适当的粘度,如在雪花膏、粉底霜、香皂等化树树树树树品中加入极少量的高分子吸水脂树树,既可起到保水增稠的目的,树可起到保持香味持久的功[13]效 。 3.6 关林方面 随着SAP的不断树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树展,它在上的用也示出广的前景。SAP有良好的吸水性和保水性,此可以作土树树树树树树树树树树树树树树树树树壤和沙漠的改良和保水,它在土壤中可形成树树树树树树树树树树树树树树树树树土粒壤强构,能增的透气性和透水 性,同树树树树树树树树树树树树树树树树便于肥料的吸收。在缺水地区,SAP在降水和灌期树树树树树树大量吸收的水分可以在干旱期慢放树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树度,强抗旱出,保收。随着人从而灌用水,减少 SAP研究的一加树树树树树树树树树树树树树树树树深,既能吸水、保水、抗旱保步, [14]又能作物供分且具有树树树树树树树树树树树树树树树树肥功能的SAP成当前研究的树树树树树树树树点。3.7　制作留香材料 将香料加入到高分子吸水脂中树树树树树树树混合均匀,利用高分子吸水脂的吸树树树树树附作用和作用树树树树,便可制得各树树树树树树树树树树留香材料。如漂香,它是在两面透气性都好的树中加上由高分子吸水脂制成的树树树树树树树树树树树树树树树树树树香味薄膜,香味可通树树树树树树树树表面向外散,达到树久留香的目的;再如空气清新,树是在高分子吸水脂中加入树树树树树树树树树树树树树香料和乳化制成,其制造工树树树,干慢树树,且无分离树树树树树树树树树树树树树树象。将漂香、空气清新等 留香材料用到家庭、生树树树树树树树树树树树树室、会室、等,可树树树树树树空气气氛,保持香味。近年来,留香材料展很树树树树快,多是将香料浸泡或裹到高分子吸水脂中制成树树树树树树树树树香味薄膜,如用到挂树树树树树树树树树树树树树树树、台、年卡、食品包装方面,能使用树树树树树树树树树树树树树者来久温馨的享受[4,12,13] 。 4 　关关关束 [15]　据道树树, 1994 年全球高吸水性脂的生能力树树树树树树树树树树超50 t, 其中美国2314 t, 日本1116 t, 欧洲1014 t, 树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树品以聚丙酸脂占主地位。国外高吸水性 脂的研制了几个段树树树树树树树树树树树, 1975, 1980 年集中在生用品和树树树树树树树树树树日用品域; 1981, 1985 年展到林园树树树树树树树, 水土保持域树树; 1986 年后展到医树树树树树, 化树树品, 建材树域, 之后又树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树一展到感器等子气部件和光学示件, 力学步化学材料等新型功能材料方面, 同也在研究作医学体用于新物树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树系。 我国人口众多, 广的树树树树树树树树树树树树树北方是一个干旱多沙地域, 而我国高吸水性脂的树树树生能力树树树树树树估在2000t/年, 目前只有一个1000t/年的生树树, 其余均树树树树树于室 [15]中状树树树。与树树树树树树树树树树树树树树树树树树我的国情极其不相称。在研究方面, 国内不少高等院校、研究院涉及到高吸水性脂的研究主要集中在合成方面树树树树树树树树树树树树树树, 树树树树树所合成脂的性能研究缺乏深入致的研究。树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树树就是我国高吸水性脂生工化程度低, 市树尚待树树树树树树的原因。 参考文献 [1] 树新禧.超强吸水树[M],北京:化学工出树树树树版社.l991.323-328, [2] 李建穎. 高吸水与高吸油性脂树树[M] . 北京: 化学工出树树树树版社. 2005. 8-10.[3] 树新禧. 超强吸水脂树树[M]. 北京: 化学工出树树树树版社, 2002. [4] 蒋文树.高分子脂研究展树树树树树树[J]. 化学世界,1996 , (1) :3261 [5] 王惠忠.树树香,王年树. 交聚丙酸吸水用性能研究树树树树树树树树树树树树树树树[J ]. 化学世界,1996 ,(1) :192-211[6] 树树德仁主,交物合成工学树树树树树树树[M]. 北京:化学工出树树树树版社,1981 ,462571[7] 王惠忠主,树有机化学与树树[M].北京:中国建筑工出树树树树版社,1987 ,41024151[8] 树文珍, 树　玲, 李炳奇. 石河子大学学( 树自然科学版)(J). 2000 .4(4),399-340[9 ] 刘瑞树. 高吸水性脂用研究展树树树树树树树树[J ].树代化工,1989 , (2) :362381 [10] 焦 树,姚燕,树树树树树树树树树树功能高分子材料[M].北京:化学工出树树树树树版社,2O07:46—53, [11] 树树新禧,超强吸水[M].北京:化学工出树树树树树版社,l991.323—328, [12] 王国建,王德海,邱树树等.功能高分子材料[J],上海:理工大学出树树树树树树树树树树版社,2oo6:368—376,[13] 刘延树,刘　京. 高吸水性脂在树树树树树树树树树树树树树日用化学工中的用[J ]. 日用化学工树,1995,(1) :222241[14] 田巍 ,白福臣,李天一,树树春. 树 宁化工[J].2009.38，1,:41 [15] 胡承曦. 水溶液聚合物及高吸水性脂技与树树树树树树树市[M]. 北京: 中国化工信息中心,1995,,220-225.