第三章高吸附树脂课件.ppt

3.1 3.1 概述概述 自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、棉花和海绵自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、棉花和海绵以及后来的泡沫塑料等材料所承担的但这些材料的吸水以及后来的泡沫塑料等材料所承担的但这些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多仅为自身重量的能力通常很低，所吸水量最多仅为自身重量的2020倍左右，倍左右，而且一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差而且一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差6060年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂这是一年代末期，美国首先开发成功高吸水性树脂这是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料它不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的它不溶于水和有机溶剂，吸水能力可达自身重量的50050020002000倍，最高可达倍，最高可达50005000倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的倍，吸水后立即溶胀为水凝胶，有优良的保水性，即使受压也不易挤出吸收了水的树脂干燥后，吸保水性，即使受压也不易挤出吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复水能力仍可恢复由于上述的奇特性能，高吸水性树脂引起了人们较大的由于上述的奇特性能，高吸水性树脂引起了人们较大的兴趣。

问世兴趣问世3030多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透到多年来，发展极其迅速，应用领域已经渗透到各行各业如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水各行各业如在石油、化工、等部门中被用作堵水剂、脱水剂、等；在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、等；在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材、缓释性药剂、抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等在日剂、抗血栓材料等；在农业部门中用作土壤改良剂等在日常生活，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树脂是一类高分子电解质水中盐类物质的存高吸水性树脂是一类高分子电解质水中盐类物质的存在会显著影响树脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的应在会显著影响树脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的应用提高高吸水性树脂对含盐液体（如尿液，血液、肥料水用提高高吸水性树脂对含盐液体（如尿液，血液、肥料水等）的吸收能力，将是今后高吸水性树脂研究工作中的一个等）的吸收能力，将是今后高吸水性树脂研究工作中的一个重要课题此外，对高吸水性树脂吸水机理的理论研究工作重要课题此外，对高吸水性树脂吸水机理的理论研究工作也将进一步开展，以指导这一类功能高分子材料向更高水平也将进一步开展，以指导这一类功能高分子材料向更高水平发展。

发展3.2 3.2 高吸水性树脂的类型和制备方法高吸水性树脂的类型和制备方法3.2.13.2.1高吸水性树脂的类型高吸水性树脂的类型 根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形状等的不同，高吸水性树脂可有多种分类方法，如表状等的不同，高吸水性树脂可有多种分类方法，如表3-13-1所所示其中以原料来源这一分类方法最为常用按这种方法分示其中以原料来源这一分类方法最为常用按这种方法分类，高吸水性树脂主要可分为淀粉类、纤维素类和合成聚合类，高吸水性树脂主要可分为淀粉类、纤维素类和合成聚合物类三大类下面分别介绍之物类三大类下面分别介绍之表表3-1 3-1 高吸水性树脂分类高吸水性树脂分类分分 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1 1）淀粉类）淀粉类 淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式一种是淀粉与丙淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式一种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，用碱性化合物水解引入亲水性基团的烯腈进行接枝反应后，用碱性化合物水解引入亲水性基团的产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用与亲水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋化成公司首开先河的交联剂交联的产物，是由日本三洋化成公司首开先河的2 2）纤维素类）纤维素类 纤维素改性高吸水性树脂也有两种形式一种是纤维素纤维素改性高吸水性树脂也有两种形式一种是纤维素与一氯醋酸反应引入羧甲基后用交联剂交联而成的产物；另与一氯醋酸反应引入羧甲基后用交联剂交联而成的产物；另一种是由纤维素与亲水性单体接枝共聚产物。

一种是由纤维素与亲水性单体接枝共聚产物纤维素改性高吸水性树脂的吸水倍率较低，同时亦存在纤维素改性高吸水性树脂的吸水倍率较低，同时亦存在易受细菌的分解失去吸水、保水能力的缺点易受细菌的分解失去吸水、保水能力的缺点3 3）合成聚合物类）合成聚合物类 合成高吸水性树脂目前主要有四种类型：合成高吸水性树脂目前主要有四种类型：（1 1）聚丙烯酸盐类）聚丙烯酸盐类 这是目前生产最多的一类合成高吸水性树脂，由丙烯酸这是目前生产最多的一类合成高吸水性树脂，由丙烯酸或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成制备方法有溶液或其盐类与具有二官能度的单体共聚而成制备方法有溶液聚合后干燥粉碎和悬浮聚合两种这类产品吸水倍率较高，聚合后干燥粉碎和悬浮聚合两种这类产品吸水倍率较高，一般均在千倍以上一般均在千倍以上2 2）聚丙烯腈水解物）聚丙烯腈水解物 将聚丙烯腈用碱性化合物水解，再经交联剂交联，即得将聚丙烯腈用碱性化合物水解，再经交联剂交联，即得高吸水性树脂如将废晴纶丝水解后用氢氧化钠交联的产物高吸水性树脂如将废晴纶丝水解后用氢氧化钠交联的产物即为此类由于氰基的水解不易彻底，产品中亲水基团含量即为此类由于氰基的水解不易彻底，产品中亲水基团含量较低，故这类产品的吸水倍率不太高，一般在较低，故这类产品的吸水倍率不太高，一般在50050010001000倍左倍左右。

右3 3）醋酸乙烯酯共聚物）醋酸乙烯酯共聚物 将醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯进行共聚，然后将产物用碱将醋酸乙烯酯与丙烯酸甲酯进行共聚，然后将产物用碱水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的共聚物，不加交联剂即可成水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的共聚物，不加交联剂即可成为不溶于水的高吸水性树酯这类树脂在吸水后有较高的机为不溶于水的高吸水性树酯这类树脂在吸水后有较高的机械强度，适用范围较广械强度，适用范围较广4 4）改性聚乙烯醇类）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐反应而成，不这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐反应而成，不需外加交联剂即可成为不溶于水的产物这类树脂由日本可需外加交联剂即可成为不溶于水的产物这类树脂由日本可乐丽公司首先开发成功，吸水倍率为乐丽公司首先开发成功，吸水倍率为150150400400倍，虽吸水能倍，虽吸水能力较低，但初期吸水速度较快，耐热性和保水性都较好，故力较低，但初期吸水速度较快，耐热性和保水性都较好，故是一类适用面较广的高吸水性树脂是一类适用面较广的高吸水性树脂3.2.2.3.2.2.高吸水性树脂的制备方法高吸水性树脂的制备方法1 1）淀粉类高吸水性树脂的制备方法）淀粉类高吸水性树脂的制备方法 美国农业部北方研究中心最早开发的淀粉类高吸水性树美国农业部北方研究中心最早开发的淀粉类高吸水性树脂是采用接枝合成法制备的。

即先将丙烯腈接枝到淀粉等亲脂是采用接枝合成法制备的即先将丙烯腈接枝到淀粉等亲水性天然高分子上，再加入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺水性天然高分子上，再加入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺基团这种接枝化反应通常采用四价铈作引发剂，反应在水基团这种接枝化反应通常采用四价铈作引发剂，反应在水溶液中进行溶液中进行丙烯腈的接枝率与支链分子量对最终产品吸水能力有极丙烯腈的接枝率与支链分子量对最终产品吸水能力有极大影响例如，使用未胶化的粒状淀粉进行接枝反应所得支链的例如，使用未胶化的粒状淀粉进行接枝反应所得支链的重均分子质量为重均分子质量为1010万，接枝频率（即一个接枝支链所对应的万，接枝频率（即一个接枝支链所对应的脱水葡萄糖单元数）为脱水葡萄糖单元数）为500500而使用在而使用在70 70 胶化处理胶化处理3030分钟分钟的淀粉进行接枝，所得的支链重均分子质量为的淀粉进行接枝，所得的支链重均分子质量为8080万，接枝频万，接枝频率为率为40004000前者吸水能力为自重的前者吸水能力为自重的300300倍，而后者则为倍，而后者则为12001200倍用该方法制得的高吸水性树脂虽有较好的吸水能力，但用该方法制得的高吸水性树脂虽有较好的吸水能力，但由于反应体系的粘度通常很大，水解反应不可能十分彻底，由于反应体系的粘度通常很大，水解反应不可能十分彻底，最终产品中会残留有毒的丙烯腈单体，故限制了它们的应用。

最终产品中会残留有毒的丙烯腈单体，故限制了它们的应用日本三洋化成公司采取的改进方法是将淀粉和丙烯酸在日本三洋化成公司采取的改进方法是将淀粉和丙烯酸在引发剂作用下进行接枝共聚这种方法的单体转化率较高，引发剂作用下进行接枝共聚这种方法的单体转化率较高，残留单体仅残留单体仅0.40.4以下，而且无毒性以下，而且无毒性国内的长春应用化学研究所采用国内的长春应用化学研究所采用Co60Co60射线辐照玉米射线辐照玉米淀粉和土豆淀粉产生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙烯淀粉和土豆淀粉产生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙烯酰胺，也得到了吸水率达酰胺，也得到了吸水率达20002000倍的高吸水性淀粉树脂倍的高吸水性淀粉树脂制备高吸水性树脂的淀粉主要采用玉米淀粉和小麦淀粉，制备高吸水性树脂的淀粉主要采用玉米淀粉和小麦淀粉，也可采用土豆、红薯和大米的淀粉为原料，甚至有直接采用也可采用土豆、红薯和大米的淀粉为原料，甚至有直接采用面粉为原料的面粉为原料的高吸水性树脂是高分子电介质，对含有离子的液体吸收高吸水性树脂是高分子电介质，对含有离子的液体吸收能力显著下降，因此，产品的净化程度对吸水率影响很大能力显著下降，因此，产品的净化程度对吸水率影响很大。

通常采用渗析、醇沉淀、漂洗净化，再用碱中和处理通常采用渗析、醇沉淀、漂洗净化，再用碱中和处理产品的最终形式随净化和干燥的方式而异醇沉淀及鼓风干产品的最终形式随净化和干燥的方式而异醇沉淀及鼓风干燥的一般为粒状产品；渗析和酸沉淀及转鼓干燥的一般制成燥的一般为粒状产品；渗析和酸沉淀及转鼓干燥的一般制成膜，也可加工为粒状；若用冷冻干燥，则可制得海绵状产品膜，也可加工为粒状；若用冷冻干燥，则可制得海绵状产品这些形式都有各自的独特用途这些形式都有各自的独特用途2 2）纤维素类高吸水性树脂的制备方法）纤维素类高吸水性树脂的制备方法 纤维素类高吸水性树脂的制备方法是纤维素类高吸水性树脂的制备方法是19781978年由德国赫尔年由德国赫尔斯特（斯特（HolstHolst）公司首先报道的公司首先报道的纤维素分子中含有可反应的活性羟基，在碱性介质中，纤维素分子中含有可反应的活性羟基，在碱性介质中，以多官能团单体作为交联剂，卤代脂肪酸（如一氯醋酸）或以多官能团单体作为交联剂。