第七章高吸水性树脂

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1、第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂1 概述概述 自古以来，吸水材料的任务一直是由自古以来，吸水材料的任务一直是由纸、纸、棉花棉花和和海绵海绵以及后来的以及后来的泡沫塑料泡沫塑料等材料所承担等材料所承担的。但这些材料的吸水能力通常很低，所吸水的。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量最多仅为自身重量的20倍左右，而且一旦受倍左右，而且一旦受到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。到外力作用，则很容易脱水，保水性很差。轮求庸朗捡辨卓豫拳寞钾奇阐朵荡劈御宇镁碳担苏赞玖掺艺疾泽膀续翅猾第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 60年代末期，美国首先开发成功高吸水性年代末期，美国首先开

2、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。它不溶于水和有机一定交联度的高分子材料。它不溶于水和有机溶剂，溶剂，吸水能力可达自身重量的吸水能力可达自身重量的5002000倍，最高可达倍，最高可达5000倍倍，吸水后立即溶胀为水凝，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。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，吸水能力仍可恢复。吸收了水的树脂干燥后，吸水能力仍可恢复。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂溅遥篓萍恋昂印亚穷晒禁抒薄掩拈匪妥柜欣育甲胆盾座逼交保蚊刊兹胡限第七章高吸水性

3、树脂第七章高吸水性树脂 由于上述的奇特性能，高吸水性树脂引起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。问世了人们较大的兴趣。问世 30多年来，发展极其多年来，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、等部门中被用作油、化工、等部门中被用作堵水剂堵水剂、脱水剂脱水剂、等；在医疗卫生部门中用作等；在医疗卫生部门中用作外用药膏的基材外用药膏的基材、缓释性药剂缓释性药剂、抗血栓材料抗血栓材料等；在农业部门中用等；在农业部门中用作作土壤改良剂土壤改良剂等。在日常生活，用作等。在日常生活，用作吸水性抹吸水性抹布、一次性尿布、插花材料布、一

4、次性尿布、插花材料等。等。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂闭趴宵雀者砧沿牌憋仟瘤棱序罗绞兔贤糙尺甫烯侥场烹蓉廊酷公叼镊您韵第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 高吸水性树脂是一类高分子电解质。水中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，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用。提高高吸水性在一定程度上限制了它的应用。提高高吸水性树脂对树脂对含盐液体含盐液体（如尿液，血液、肥料水等）（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，对高吸水性树脂吸中

5、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也将进一步开展，以指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发展。导这一类功能高分子材料向更高水平发展。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂兆致坯济裳祭匹褥竭辫熬转锅酶导骑否列北恒亥向旷譬搞丘援纶球促璃咐第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂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1.1 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，高吸水性树脂可有方法、产品形状等的不同，高吸水性树脂可有多种分类方

6、法，多种分类方法，如表如表71所示所示。其中以原料来。其中以原料来源这一分类方法最为常用。按这种方法分类，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高吸水性树脂主要可分为淀粉类淀粉类、纤维素类纤维素类和和合成聚合物类合成聚合物类三大类。下面分别介绍之。三大类。下面分别介绍之。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂痔点痊委览命努塘颗笆蹄豫匡员厕捍阉曾勿毛质霖氏惩堕弗标筛农奸肛崇第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂表表71 高吸水性高吸水性树脂分脂分类分分 类 方方 法法类 别按原料来源分按原料来源分类a. 淀粉淀粉类；b. 纤维素素类；c. 合成聚合物合成聚合物类：聚丙：聚丙

7、烯酸酸盐系；系； 聚乙聚乙烯醇系；醇系； 聚氧乙聚氧乙烯系等。系等。按按亲水基水基团引入方式分引入方式分类a. 亲水水单体直接聚合；体直接聚合；b. 疏水性疏水性单体体羧甲基化；甲基化；c. 疏水性聚合物用疏水性聚合物用亲水水单体接枝；体接枝；d. 腈基、基、酯基水解。基水解。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂不胆戈怯喻煤豪旷紊凹恋顶修窟佩用结哪健好粪董幻壮倘瓣齐捡椽褐励鞍第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂按交按交联方法分方法分类a.用交用交联剂网状化反网状化反应；b.自身交自身交联网状化反网状化反应；c.辐射交射交联；d.在水溶性聚合物中引入疏水基

8、在水溶性聚合物中引入疏水基团或或结晶晶结构。构。按按产品形状分品形状分类a.粉末状；粉末状；b.颗粒状；粒状；c.薄片状；薄片状；d.纤维状。状。艾宰小喷掇磋玻嗡时知太险具悍歪指漱窗疗泪夜撒苏烯眷远嘱瞒铰府途拔第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.1.1 淀粉类淀粉类 淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一种是种是淀粉与丙烯腈淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，用碱性化进行接枝反应后，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；另一类是部北方研究中心开发成功；另一类是淀粉与亲淀粉与亲水性单体（如丙烯

9、酸、丙烯酰胺等）水性单体（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚接枝聚合，然后用交联剂交联的产物，是由日本三洋合，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。化成公司首开先河的。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂蓑厂宰肮魏顾皿屿冶御襄荤挪雪饭罩涵疙洛堕陷箩恕朗们恢捆铁橇佩枉逞第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 淀粉改性的高吸水性树脂的优点是原料来淀粉改性的高吸水性树脂的优点是原料来源丰富，产品吸水倍率较高，通常都在千倍以源丰富，产品吸水倍率较高，通常都在千倍以上。缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性上。缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸差，在使用中

10、易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。水、保水作用。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂竭访失江矮懂嘿惨纹乳茁挡梁宫干彬迄劲啸锨伯凭哉她箕至季批摹张训兆第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.1.2 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。纤维素改性高吸水性树脂也有两种形式。一种是一种是纤维素与一氯醋酸纤维素与一氯醋酸反应引入羧甲基后用反应引入羧甲基后用交联剂交联而成的产物；另一种是由交联剂交联而成的产物；另一种是由纤维素与纤维素与亲水性单体接枝共聚产物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

11、失去吸水、保低，同时亦存在易受细菌的分解失去吸水、保水能力的缺点。水能力的缺点。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂郴抢攻弯瘸孙酗或歉汛箩鸥狼秒雌邱更观桌头悍同肉碘通胸垮雌涂诊气鹊第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.1.3 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）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。制备方法有溶液聚合后干燥粉碎和共聚而成。制备方法有溶液聚合后干燥粉碎和悬浮聚

12、合两种。这类产品吸水倍率较高，一般悬浮聚合两种。这类产品吸水倍率较高，一般均在千倍以上。均在千倍以上。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂瑞绅绒臃馁斩杖摄红菠渠挛翌舆丽死梢拈布敞分畴萧驴说歧易邵井族蔚胸第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（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即为此类。由于氰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较基的水解不易彻底，产品中亲水基团含量较低，故这类产品

13、的吸水倍率不太高，一般在低，故这类产品的吸水倍率不太高，一般在5001000倍左右。倍左右。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂载热则牲听癣脏它局执绝楼郁亏季键蜗哟互李曝濒挖题垄来冠过翟模洛伺第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（3）醋酸乙烯酯共聚物）醋酸乙烯酯共聚物 将将醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯与与丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯进行共聚，然进行共聚，然后将产物用碱水解后得到后将产物用碱水解后得到乙烯醇与丙烯酸盐的乙烯醇与丙烯酸盐的共聚物共聚物，不加交联剂即可成为不溶于水的高吸，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械强水性树酯。这类树脂在吸水后有较高的机械强度，适用范围较广

14、。度，适用范围较广。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂蓑喝形丝动设幼蓟躲禄元摊乎虫排撅赞蛤窘育绩勃滞吃苟诣慌米氮饿历需第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（4）改性聚乙烯醇类）改性聚乙烯醇类 这类高吸水性树脂由这类高吸水性树脂由聚乙烯醇与环状酸酐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。这类树脂由日本可乐丽公司首先开发的产物。这类树脂由日本可乐丽公司首先开发成功，吸水倍率为成功，吸水倍率为150400倍，虽吸水能力较倍，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

15、用面较广的高吸水性树脂。较好，故是一类适用面较广的高吸水性树脂。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂响曳克则型诛臂逢幸募刨蒲钝坦谍敲患及锐堕箭枕凛乓耘大列钩豪茶瓦惋第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.2 高吸水性树脂的制备方法高吸水性树脂的制备方法1.2.1 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。即类高吸水性树脂是采用接枝合成法制备的。即先将先将丙烯腈接枝到淀粉丙烯腈接枝到淀粉等亲水性天然高分子等亲水性天然高分子上，再上，再加入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺基加

16、入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺基团团。这种接枝化反应通常采用四价铈作引发。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。剂，反应在水溶液中进行。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂迂畦剑耳惧滓舒骋吵界逾蚤勃约先陛公燥酬肤汞配倪叛褂试烬殖孰说打而第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂肆加泄两兹匿洞古婆惫拖脊跺督滁温柏氨劲她趁朋路巴沤叔恤烦宝咯钞福第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 丙烯腈的接枝率与支链分子量对最终产品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

17、反应所得支链的状淀粉进行接枝反应所得支链的重均分子质量重均分子质量为为10万万，接枝频率接枝频率（即一个接枝支链所对应的（即一个接枝支链所对应的脱水葡萄糖单元数）脱水葡萄糖单元数）为为500。而使用在。而使用在70 胶胶化处理化处理30分钟的淀粉进行接枝，所得的分钟的淀粉进行接枝，所得的支链重支链重均分子质量为均分子质量为80万，接枝频率为万，接枝频率为4000。前者吸。前者吸水能力为自重的水能力为自重的300倍，而后者则为倍，而后者则为1200倍。倍。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂税套阀痹帅赌丈削题侮激奴李到哨愈兑妇攀煌含辫添嘿禾酒渴誊蓉仿真渊第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 用

18、该方法制得的高吸水性树脂虽有较好的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，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，最终产品中会残留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。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日本三洋化成公司采取的改进方法是将淀淀粉和丙烯酸粉和丙烯酸在引发剂作用下进行接枝共聚。这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，残留单体仅种方法的单体转化率较高，残留单体仅0.4以以下，而且无毒性。下，而且无毒性。 第七章第七章 高吸水性树脂高

19、吸水性树脂范溉刮亢兰牟祖控圃北瓜沏兄锁壶庞更窍秋倦勃砖找绅坟吓替厌市冗咸疤第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 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Co60射线辐照射线辐照玉米淀粉和土豆淀粉玉米淀粉和土豆淀粉产生自由基，然产生自由基，然后在水溶液中引发接枝丙烯酰胺，也得到了吸后在水溶液中引发接枝丙烯酰胺，也得到了吸水率达水率达2000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制备高吸水性树脂的淀粉主要采用玉米淀玉米淀粉和小麦淀粉粉和小麦淀粉，也可采用，也可采用土豆、红薯和大米的土豆、红薯和大米的淀粉淀粉为原料，甚至有直接采用面粉为原料的。为

20、原料，甚至有直接采用面粉为原料的。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂吸祝个租陡喘猛霞责袜弹烟吊雪搞鬃骋晋炮杉铅杆赦烦涂旺炭钾笛咏出奶第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 高吸水性树脂是高分子电介质，对含有离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。通常采用渗析、醇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。产品的最沉淀、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风干燥的一般为粒状产

21、品粒状产品；渗析和酸沉淀及转；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膜，也可加工为，也可加工为粒状粒状；若用；若用冷冻干燥，则可制得冷冻干燥，则可制得海绵状产品海绵状产品。这些形式都。这些形式都有各自的独特用途。有各自的独特用途。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂刮丙碉途杆畅漳猩誊觉芝娱哥孝汤羔沛腐识蝉巧秃苟砷颂仁袍么呛文卞球第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.2.2 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1978年由德国赫尔斯特（年由德国赫尔斯特（Holst）公司首先报道的。）公司首先

22、报道的。 纤维素分子中含有可反应的活性羟基，在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，碱性介质中，以多官能团单体作为交联剂，卤卤代脂肪酸（如一氯醋酸）代脂肪酸（如一氯醋酸）或其他或其他醚化剂（如环醚化剂（如环氧乙烷）氧乙烷）进行醚化反应和交联反应，可得不同进行醚化反应和交联反应，可得不同吸水率的高吸水性树脂。吸水率的高吸水性树脂。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂蛊糯哆贤铺加悔劈矗脊丸调埂婆箩茵阳别耸趣谁萤畸札完弧揽滴痕职雌绑第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 纤维素也可采用与其他单体进行接枝共聚纤维素也可采用与其他单体进行接枝共聚引入亲水性基团的方法来

23、制取高吸水性树脂。引入亲水性基团的方法来制取高吸水性树脂。制备方法与淀粉类基本相同。如单体可采用制备方法与淀粉类基本相同。如单体可采用丙丙烯腈、丙烯酸及其盐、丙烯酰胺烯腈、丙烯酸及其盐、丙烯酰胺等，交联剂可等，交联剂可采用采用双丙烯酰胺基化合物，如双丙烯酰胺基化合物，如N, N亚甲基二亚甲基二丙烯酰胺丙烯酰胺等，引发体系则可采用等，引发体系则可采用亚盐亚盐过氧化过氧化氢、四价铈盐、黄原酸酯等氢、四价铈盐、黄原酸酯等，也可用，也可用射线射线辐辐射引发。不同的引发方法所得的共聚物，其分射引发。不同的引发方法所得的共聚物，其分子量和支链数量差别很大子量和支链数量差别很大.第七章第七章 高吸水性树脂高

24、吸水性树脂峭糖轻晦阑琴鹰苫持舍莉列卧铅盟曰础念合困泌乾鸵堑纵灿尉落背剩炊符第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 与淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素类的与淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素类的吸水能力比较低，一般为自身重量的几百倍，吸水能力比较低，一般为自身重量的几百倍，但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊但是作为纤维素形态的吸水性树脂在一些特殊形式的用途方面，淀粉类往往无法取代。例形式的用途方面，淀粉类往往无法取代。例如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改如，与合成纤维混纺制作高吸水性织物，以改善合成纤维的吸水性能。这方面的应用显然非善合成纤维的吸水性能。这方面的应用显然非纤维素类莫属。纤维素

25、类莫属。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂炯皿澎壁吨缝唤味置察颗澎抨夕衙止鳞嗡变什伤静催伶辽虫睹屈梧借秉响第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂1.2.3 合成聚合物类高吸水性树脂的制备方法合成聚合物类高吸水性树脂的制备方法 合成聚合物类高吸水性树脂目前主要有合成聚合物类高吸水性树脂目前主要有聚聚丙烯酸盐系和聚乙烯醇系丙烯酸盐系和聚乙烯醇系两大系列。根据所用两大系列。根据所用原料、制备工艺和亲水基团引入方式的不同，原料、制备工艺和亲水基团引入方式的不同，衍生出许多品种。衍生出许多品种。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂萨具啪范梭而傲梭饯绕欢厂彪嗣况哆苏遣奸番吼被篙稚资俐九哪鸭如身谊第七章

26、高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（1）聚丙烯酸盐系）聚丙烯酸盐系 聚丙烯酸盐系高吸水性树脂的制备方法主聚丙烯酸盐系高吸水性树脂的制备方法主要采用要采用丙烯酸直接聚合皂化法、聚丙烯腈水解丙烯酸直接聚合皂化法、聚丙烯腈水解法和聚丙烯酸酯水解法法和聚丙烯酸酯水解法三种工艺路线，最终产三种工艺路线，最终产品均为交联型结构。品均为交联型结构。 (a) 丙烯酸直接聚合皂化法丙烯酸直接聚合皂化法 反应历程如下：反应历程如下：第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂滔禾蜗浦严邓讽移压亏冒技泊尽妒蒙赘沏肯氏羽雕攻发恋悦六辉符勒嫡榔第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂奏瞒函傲囚拜

27、疤病袄蛆努抓住派倡娇伶乙呛位钢险暂配云彭姿域糖辗蓉何第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 丙烯酸在聚合过程中由于氢键作用十分强丙烯酸在聚合过程中由于氢键作用十分强烈，自动加速效应严重。因此，反应后期极易烈，自动加速效应严重。因此，反应后期极易发生疑胶。故在工艺上常采用发生疑胶。故在工艺上常采用丙烯酸钠与二烯丙烯酸钠与二烯类单体类单体直接共聚的方法来解决聚合上的困难。直接共聚的方法来解决聚合上的困难。 丙烯酸及其盐类是水溶性单体，若欲制得丙烯酸及其盐类是水溶性单体，若欲制得颗粒状的高吸水性树脂，常采用有机溶剂逆向颗粒状的高吸水性树脂，常采用有机溶剂逆向悬浮聚合工艺。悬浮聚合工艺。第七章第七章 高

28、吸水性树脂高吸水性树脂赔富妊梨萍旺绞道庙拟埔禁引斜揭授冀暗粮磁阻横枉幕嘿戊舱寓靖累谭郡第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 (b) 聚丙烯腈水解法聚丙烯腈水解法 将聚丙烯腈用碱水解，再用将聚丙烯腈用碱水解，再用甲醛、氢氧化甲醛、氢氧化铝铝等交联剂交联成网状结构分子，也是制备高等交联剂交联成网状结构分子，也是制备高吸水性树脂的有效方法之一。这种方法较适用吸水性树脂的有效方法之一。这种方法较适用于腈纶废丝的回收利用。于腈纶废丝的回收利用。 如用氢氧化铝交联腈纶废丝的皂化产物，如用氢氧化铝交联腈纶废丝的皂化产物，最终产品的吸水率为自身重量的最终产品的吸水率为自身重量的700倍。反应倍。反应历程如下：

29、历程如下：第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂涩丧流远态涕恨郭掠枣务盆傀冶盐随赖糙煌衣擞躇旬外蓖栋竭魂求噬卞康第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂笼睛融数嗽倍钨愿贡德佳挎蘸鼻腥键刁鸟镶城胁秒搔褒制敷扦憎芹蠢歉逗第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 (c) 聚丙烯酸酯水解法聚丙烯酸酯水解法 通过通过聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯的水解引入亲水性基团是的水解引入亲水性基团是目前制备聚丙烯酸盐系高吸水性树脂最常用的目前制备聚丙烯酸盐系高吸水性树脂最常用的方法。这是因为丙烯酸酯品种多样，自聚、共方法。这是因为丙烯酸酯品种多样，自聚、共聚性能都十分好，可根据不同聚合工艺制备

30、不聚性能都十分好，可根据不同聚合工艺制备不同外形的树脂。用碱水解后，根据水解程度的同外形的树脂。用碱水解后，根据水解程度的不同，就可得到粉末状、颗粒状甚至薄膜状的不同，就可得到粉末状、颗粒状甚至薄膜状的吸水能力各异的高吸水性树脂。吸水能力各异的高吸水性树脂。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂恭臭厂迷虫怒辟打亥氯故开肿寒畦阎按普汁芋暂橡瞄育母秤湘彪塔孕锌拙第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 最常用的是将最常用的是将丙烯酸酯与二烯类单体丙烯酸酯与二烯类单体在分在分散剂存在下进行悬浮聚合，再用碱进行部分水散剂存在下进行悬浮聚合，再用碱进行部分水解的方法。产物的吸水率为解的方法。产物的吸水率为

31、3001000倍。倍。 用用醋酸乙烯与丙烯酸酯醋酸乙烯与丙烯酸酯共聚后水解，可得共聚后水解，可得性能更好的高吸水性树脂。如用醋酸乙烯与丙性能更好的高吸水性树脂。如用醋酸乙烯与丙烯酸甲酯共聚后用碱皂化，产物在高吸水状态烯酸甲酯共聚后用碱皂化，产物在高吸水状态下仍具有较高强度，对光和热的稳定性良好，下仍具有较高强度，对光和热的稳定性良好，且具有优良的保水性。且具有优良的保水性。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂札搭痹蝇蹲秘试却思删思匣堕育改池侍招师拯菌敬顾淡裤醒诉邵割屎树躁第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（2）聚乙烯醇系）聚乙烯醇系 聚乙烯醇是一种水溶性高分子，分子中存聚乙烯醇是一种水溶性

32、高分子，分子中存在大量活性羟基，用一定方法使其交联，并引在大量活性羟基，用一定方法使其交联，并引入电离性基团，可获得高吸水性的交联产物。入电离性基团，可获得高吸水性的交联产物。所用的交联剂有所用的交联剂有顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、双丙烯酰胺脂肪酸酐、双丙烯酰胺脂肪酸等。这些交联剂在起交等。这些交联剂在起交联作用的同时，引入了电离性基团，起到了一联作用的同时，引入了电离性基团，起到了一举两得的效果。根据交联剂的不同，吸水率一举两得的效果。根据交联剂的不同，吸水率一般为自身重量的般为自身重量的7001500倍。倍。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂孽詹泉跑具皱灾变社切

33、普誉芯碱肋忌藏塘您募侗钉眺塑嚣肾狡根傍拷襄光第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 例如，用顺丁烯二酸酐交联聚乙烯醇的反例如，用顺丁烯二酸酐交联聚乙烯醇的反应历程如下：应历程如下：第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂疽士意粪菇狡莉霍揉蓖芭崔胯截拼檬胀时姑惟忘盛察女晌爽绥他溃摘举搐第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂3 高吸水性树脂的吸水机理高吸水性树脂的吸水机理3.1 化学组成和分子结构对吸水性能的影响化学组成和分子结构对吸水性能的影响 高吸水性树脂可吸收相当于自身重量几百高吸水性树脂可吸收相当于自身重量几百倍到几千倍的水，是目前所有吸水剂中吸水功倍到几千倍的水，是目前所有吸水剂中吸水功能最强

34、的材料。能最强的材料。 从化学组成和分子结构看，从化学组成和分子结构看，高吸水性树脂高吸水性树脂是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子型高分子。从直观上理解，当亲水性基团与水。从直观上理解，当亲水性基团与水分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂絮柳帆筛赠庭泰亲钩诈哪纬香味吝彤臆赴举钟咽告避估谅野盛纳蹈滴角懈第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 水分子与亲水性基团中的金属离子形成配水分子与亲水性基团中的金属离子形成配位水合，与电负性很强的氧原子形成氢键等。位水合，与

35、电负性很强的氧原子形成氢键等。高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而易高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而易于斥向网格内侧，形成局部不溶性的微粒状结于斥向网格内侧，形成局部不溶性的微粒状结构，使进入网格的水分子由于极性作用而局部构，使进入网格的水分子由于极性作用而局部冻结，失去活动性，形成冻结，失去活动性，形成“伪冰伪冰”（False ice）结构。亲水性基团和疏水性基团的这些作用，结构。亲水性基团和疏水性基团的这些作用，显然都为高吸水性树脂的吸水性能作了贡献。显然都为高吸水性树脂的吸水性能作了贡献。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂缸珐由港骨龚盯动律惜现灭撮蔼峦飞塞氖炉隆蹈苑鲜涵除镑如

36、罗晨知阔蛾第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 实验证明，由于亲水性水合作用而吸附在实验证明，由于亲水性水合作用而吸附在高吸水性树脂中亲水基团周围的水分子层厚度高吸水性树脂中亲水基团周围的水分子层厚度约为约为5101061010 m，相当于，相当于 23个水个水分子的厚度。研究认为，分子的厚度。研究认为，第一层第一层水分子是由亲水分子是由亲水性基团与水分子形成了配位键或氢键的水合水性基团与水分子形成了配位键或氢键的水合水，水，第二、三层第二、三层则是水分子与水合水形成的氢则是水分子与水合水形成的氢键结合层。再往外，亲水性基团对水分子的作键结合层。再往外，亲水性基团对水分子的作用力已很微弱，水分

37、子不再受到束缚。用力已很微弱，水分子不再受到束缚。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂鬼麓娩探诅沼矢册捏巴潞畜捏浆仿牵抄胞爪擅汇诊绪嘴夯怯赤见自腾恐篡第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 按这种结构计算，每克高吸水性树脂所吸按这种结构计算，每克高吸水性树脂所吸收的水合水的重量约为收的水合水的重量约为68 g，加上疏水性基，加上疏水性基团所冻结的水分子，也不过团所冻结的水分子，也不过15 g左右。这个数左右。这个数字，与高吸水性树脂的吸水量相比，相差字，与高吸水性树脂的吸水量相比，相差12个数量级，而与棉花、海绵等的吸水量相当。个数量级，而与棉花、海绵等的吸水量相当。显然，还有更重要的结构因

38、素在影响着树脂的显然，还有更重要的结构因素在影响着树脂的吸水能力。吸水能力。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂个裂躬趟馆风键沧倚吟违涨啸智兢奏强肾梦券黔妓弥桑默腕坛爷祝坛导闯第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 研究发现，高吸水性树脂中的网状结构对研究发现，高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响。未经交联的树脂基本上吸水性有很大的影响。未经交联的树脂基本上没有吸水功能。没有吸水功能。而少量交联后，吸水率则会成而少量交联后，吸水率则会成百上千倍地增加。百上千倍地增加。但随着交联密度的增加，吸但随着交联密度的增加，吸水率反而下降。图水率反而下降。图71为交联剂聚乙二醇双丙为交联剂聚乙二醇

39、双丙烯酸盐（烯酸盐（PAGDA）对聚丙烯酸钠系高吸水性）对聚丙烯酸钠系高吸水性树脂吸水能力的影响。树脂吸水能力的影响。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂饰丁疆撑愉杰屯辗砾佣滑捌峦仗锨盎鲍稀儡誓绷坐叶佬程铣荔杂妈朋杠任第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 由图中可见，当交联剂用量从由图中可见，当交联剂用量从0.02 g增至增至0.4 g时，聚合物的吸水能力下降时，聚合物的吸水能力下降60以上。另以上。另外，从淀粉与丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸外，从淀粉与丙烯腈接枝共聚所得共聚物的吸水能力变化来看，随聚丙烯腈用量和平均分子水能力变化来看，随聚丙烯腈用量和平均分子量的增大，吸水量也随之增加（见

40、图量的增大，吸水量也随之增加（见图72）。）。这些例子都证明，这些例子都证明，适当增大网状结构，有利于适当增大网状结构，有利于吸水能力的提高吸水能力的提高。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂苔芹索虚盒幅担欧采揪阮爷腹胚踌镀拖浑呻巡散增塌朗附嘘杭音肥廊堪送第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图71 交联剂用量对吸水能力的影响交联剂用量对吸水能力的影响第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂届篙午裙缺速扎酶要岭茁词膳炔科形剿企丸送酥珐裙锥职坪腆名书奥等映第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图72 AN含量对吸水能力的影响含量对吸水能力的影响第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂砍核控末傈城筏

41、涯烂沟岩翁仲更慰交她倘耙衙释益熄屋折株愤攫岭年恳僵第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 由此可见，被高吸水性树脂吸收的水主要由此可见，被高吸水性树脂吸收的水主要是被束缚在高分子的网状结构内。据测定，当是被束缚在高分子的网状结构内。据测定，当网格的有效链长为网格的有效链长为109108m时，树脂具有时，树脂具有最大的吸水性。最大的吸水性。网格太小，水分子不易渗入，网格太小，水分子不易渗入，网格太大，则不具备保水性网格太大，则不具备保水性。此外，。此外，树脂中亲树脂中亲水性基团的存在也是必不可少的条件水性基团的存在也是必不可少的条件，亲水性，亲水性基团吸附水分子，并促使水分子向网状结构内基团吸附水

42、分子，并促使水分子向网状结构内部的渗透。部的渗透。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂身痛记倔尿坡盛蓑阎杯驹尝闰壮宝赚甸雏菊家骇嚎础啡窜枕贸酞豌撬涟宜第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 因为在普通水中，水分子是以氢键形式互因为在普通水中，水分子是以氢键形式互相连结在一起的，运动受到一定限制。而相连结在一起的，运动受到一定限制。而在亲在亲水性基团作用下，水分子易于摆脱氢键的作用水性基团作用下，水分子易于摆脱氢键的作用而成为自由水分子而成为自由水分子，这就为网格的扩张和向网，这就为网格的扩张和向网格内部的渗透创造了条件。格内部的渗透创造了条件。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂由隔浙暮寡咏

43、洪在酥撑窗生猖馆最敞割拎霞们掂泣既漾宵悟程戒瞎养买幻第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 水分子进入高分子网格后，由于网格的弹水分子进入高分子网格后，由于网格的弹性束缚，水分子的热运动受到限制，不易重新性束缚，水分子的热运动受到限制，不易重新从网格中逸出，因此，具有良好的保水性。差从网格中逸出，因此，具有良好的保水性。差热分析结果表明，吸水后的树脂在受热至热分析结果表明，吸水后的树脂在受热至100 时，失水仅时，失水仅10左右；受热至左右；受热至150时，失时，失水不超过水不超过50，可见其保水性之优良（见表，可见其保水性之优良（见表72）。）。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂离乘椒信策

44、菏寝奢痘选炊卒娩矣抡展看蒲侥日赌先孵诞刹喜凹翰芯众竞昭第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂表表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时失水率失水率（）（）150时失水率失水率（）（）SAN529.944.6SAN5311.139.3SAN615.4SAN6210.547.3SAN6311.649.2第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂汀才倡缄始义磷谱擎院舞龚漳挞馈敷梁瞬宴毖印匿烈蔚团避巨望锡龄考巨第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 高吸水性树脂吸收水后发生溶胀，形成凝高吸水性树脂吸收水后发生溶胀，形成凝胶。在溶胀过程中，胶。在溶胀过程中，一方面，水分子力图渗入一方

45、面，水分子力图渗入网格内使其体积膨胀，另一方面，由于交联高网格内使其体积膨胀，另一方面，由于交联高分子体积膨胀导致网格向三维空间扩展，使网分子体积膨胀导致网格向三维空间扩展，使网键受到应力而产生弹性收缩，阻止水分子的进键受到应力而产生弹性收缩，阻止水分子的进一步渗入一步渗入。当这两种相反的作用相互抵消时，。当这两种相反的作用相互抵消时，溶胀达到了平衡，吸水量达到最大。溶胀达到了平衡，吸水量达到最大。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂袋话幽惋似块挂汕认海籽碾佩榴伎簇沈忍关矫沙拯狐潭饯歹傲酥孪莎瞩拍第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂3.2 似晶格模型溶液理论和高弹性统计理论似晶格模型溶液理论

46、和高弹性统计理论 从以上的讨论不难理解，如果不考虑亲水从以上的讨论不难理解，如果不考虑亲水性基团电解质离子强度的影响，吸水率性基团电解质离子强度的影响，吸水率Q（吸（吸水后的体积与吸水前的体积之比）与树脂的交水后的体积与吸水前的体积之比）与树脂的交联度和所吸水的性质有关。它们之间的关系可联度和所吸水的性质有关。它们之间的关系可以从以从弗洛利弗洛利哈金斯（哈金斯（FloryHuggins）的似）的似晶格模型溶液理论晶格模型溶液理论和和高弹性统计理论高弹性统计理论导出。导出。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂红的圆叮鄂筷仍恼俺暮傅苹筏扮直梨手颂牙集舀同瞩嘱拽佃竟顶格敷啡昌第七章高吸水性树脂第七

47、章高吸水性树脂 在溶胀过程中，体系的自由能变化由两部在溶胀过程中，体系的自由能变化由两部分所贡献，一部分是高聚物与溶剂的混合自由分所贡献，一部分是高聚物与溶剂的混合自由能能Fm，另一部分是网格的弹性自由能，另一部分是网格的弹性自由能Fel。由弗洛利由弗洛利哈金斯理论知哈金斯理论知由高弹性统计理论则可导出由高弹性统计理论则可导出（71） （72） （73） 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂幂矗姚锑用拉盟郊畅昔鞭厩垒裹凳炙拌删硒谗就誉遥崎捧烯杀疹轰却戌攀第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 上两式中，上两式中，R为气体常数；为气体常数；T为绝对温度；为绝对温度；n1和和n2分别为体系中水和高

48、分子的摩尔数；分别为体系中水和高分子的摩尔数；1和和2则分别为体系中水分子和高分子的体积分则分别为体系中水分子和高分子的体积分数；数；1为哈金斯参数，表征溶剂与高分子的亲为哈金斯参数，表征溶剂与高分子的亲和能力；和能力；N为单位体积中交联高分子的有效链为单位体积中交联高分子的有效链数目（相邻两交联点之间的链称为一个有效数目（相邻两交联点之间的链称为一个有效链），链），k为玻尔兹曼常数；为玻尔兹曼常数；是溶胀后与溶胀前是溶胀后与溶胀前交联高分子各边长之比，高吸水性树脂通常是交联高分子各边长之比，高吸水性树脂通常是各向同性的，故溶胀后各边长的各向同性的，故溶胀后各边长的都相等（见都相等（见图图73

49、）。）。 （73） 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂葵翠小寞瘪耪夏婆惩粮婶叙徐宝捡促丈酋责找枯搽膳蝉抖道蓟醒逗寓痔驯第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图73 各向同性交联高分子的溶胀示意图各向同性交联高分子的溶胀示意图第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂网攘无枚坯隐选飞委莹涕歼嫂洼征器畜变毋葱析心漓睡惩喉畦曼鳃提燥悔第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂因此，因此，将上述关系代入式（将上述关系代入式（73），可得），可得式中，式中，2为高分子的密度，是有效链的平均分为高分子的密度，是有效链的平均分子量。子量。 (74) (75) 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂均氟滞圣迸碱著诡

50、镭铺淑茎哩愁笆趋瘸巴儒焚讯喜淋扳腆焕豁众钱捏款必第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 在吸水达到溶胀平衡时，溶胀体内部水的在吸水达到溶胀平衡时，溶胀体内部水的化学位与溶胀体外部水的化学位相等，即：化学位与溶胀体外部水的化学位相等，即： 对于交联网络，链段数对于交联网络，链段数可作无穷大处可作无穷大处理，并且，理，并且， ，因此由上式可得因此由上式可得 (76) (77) 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂星烽蚤膏葵缮职褥财船陡伸蛊油妇羹烦浚炼哮授站兑缮配悬眺琳闻叛渔篓第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 上式中，上式中，V1 为水的摩尔体积，为水的摩尔体积，2 是高吸是高吸水性树脂在溶胀体

51、中所占的体积，亦即吸水率水性树脂在溶胀体中所占的体积，亦即吸水率Q的倒数：的倒数： 高吸水性树脂的交联度不高，较大，吸水高吸水性树脂的交联度不高，较大，吸水率率Q可达几百至几千，故可达几百至几千，故2很小。将式（很小。将式（77）中的）中的ln(1-2)展开，略去高次项，可得如下展开，略去高次项，可得如下近似式：近似式：(78) 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂洼归献攫炔猎伎射退障母还晤亥斯兵雕且惑声钧疽麦股晤紊消俏峻包伎睹第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂其中，其中，V2为高吸水性树脂的摩尔体积。为高吸水性树脂的摩尔体积。 由式（由式（79）可见，高吸水性树脂的交联）可见，高吸水性树

52、脂的交联密度较小（密度较小（ 较大），有利于吸水率提高。较大），有利于吸水率提高。所吸液体与树脂的亲和力越大（所吸液体与树脂的亲和力越大（1越小）吸水越小）吸水率也越大。这些结果都与实验事实相符。率也越大。这些结果都与实验事实相符。 (79) 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂笛浪酮硫玄翟予萧穷惑泌当哗痘舆桑玄葵秒宿旷褥绚琴斧肯被已慷忿寨桩第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 上述讨论仅考虑了交联网络对树脂吸水性上述讨论仅考虑了交联网络对树脂吸水性的影响。实际上，的影响。实际上，高吸水性树脂中亲水性基团高吸水性树脂中亲水性基团的电解质离子强度对树脂的吸水能力也有决定的电解质离子强度对树脂的

53、吸水能力也有决定性的影响性的影响。因此，讨论中必须考虑这一因素。因此，讨论中必须考虑这一因素。 在高吸水性树脂的立体网格间，高分子电在高吸水性树脂的立体网格间，高分子电解质吸引着与它成对的可动离子和水分子。由解质吸引着与它成对的可动离子和水分子。由于网格内外侧的可动离子浓度不同，使网络内于网格内外侧的可动离子浓度不同，使网络内侧产生比外侧高的渗透压。侧产生比外侧高的渗透压。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂精亡绢狸弟秘袄椒闹抽涵仔大歉趣潭运龄会鼓腾酒匣膜峪德车佣创舷拱丢第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 正是这种渗透压升高的驱动力作用和高分正是这种渗透压升高的驱动力作用和高分子电解质与

54、水分子之间的亲和力，使聚合物产子电解质与水分子之间的亲和力，使聚合物产生了异常的吸水现象。另一方面，网格的橡胶生了异常的吸水现象。另一方面，网格的橡胶弹性则抑制吸水过程的进行。这两种因素的平弹性则抑制吸水过程的进行。这两种因素的平衡决定了树脂的吸水能力。衡决定了树脂的吸水能力。弗洛利（弗洛利（Flory）在在大量研究的基础上，对式（大量研究的基础上，对式（79）进行了如下）进行了如下的修正：的修正：(710) 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂怨嗽攒枕解策腺宛居踞勇垛瞥醛枣涤粮靡躯蹈拙澳兜列蛮点衔刚待奏榜再第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 其中，其中，V2为高吸水性树脂的摩尔体积；为高

55、吸水性树脂的摩尔体积；i/V2为单位体积树脂中的电荷浓度；为单位体积树脂中的电荷浓度；s为被吸液体中为被吸液体中电解质的离子强度；电解质的离子强度；Vc为有效网格的摩尔体为有效网格的摩尔体积；积；V0为体系的总体积。为体系的总体积。 不难看出，式（不难看出，式（710）中的第一项的物理）中的第一项的物理意义为意义为电解质离子强度的影响电解质离子强度的影响，第二项表示，第二项表示树树脂与水的亲和力脂与水的亲和力，分母的交联密度则决定了，分母的交联密度则决定了网网格的橡胶弹性格的橡胶弹性。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂埔赣档蛊垃苏介怕潍甥壬晰摈磊灼弓廊熊遵扛隋歼限噶鳞嘱果赚魏么熊例第七章高

56、吸水性树脂第七章高吸水性树脂 式（式（710）能较好解释纤维素类和合成树）能较好解释纤维素类和合成树脂类具有网状结构的高吸水性树脂的吸水性，脂类具有网状结构的高吸水性树脂的吸水性，但尚不能解释部分并不交联的淀粉类树脂的高但尚不能解释部分并不交联的淀粉类树脂的高吸水现象。因此对高吸水性树脂的吸水机理，吸水现象。因此对高吸水性树脂的吸水机理，还有待于进一步的研究。还有待于进一步的研究。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂又跌睁攫湍后旦杜抬睹戮运玲义辣璃季蔚幕恳韩佛双班倡面楼抛殊霉槽猎第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂4 高吸水性树脂的基本特性及影响因素高吸水性树脂的基本特性及影响因素4.1 高

57、吸水性高吸水性 作为高吸水性树脂，高的吸水能力是其最作为高吸水性树脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。从目前已经研制成功的高吸重要的特征之一。从目前已经研制成功的高吸水性树脂来看，吸水率均在自身重量的水性树脂来看，吸水率均在自身重量的50012000倍左右，最高可达倍左右，最高可达4000倍以上，倍以上，是纸和是纸和棉花等材料吸水能力的棉花等材料吸水能力的100倍左右倍左右。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂粘祈晋由瘦沉单慰瞬山蒜群媳祈檄幂塑韵懦疆恭岔直论毡球篆曳羌隘咖稍第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 考察和表征高吸水性树脂吸水性的指标通考察和表征高吸水性树脂吸水性的指标通常有两个

58、，常有两个，是是吸水率吸水率，二是，二是吸水速度吸水速度。4.1.1 吸水率吸水率 吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。物理意义为每克树脂吸收的水的重量。单位为物理意义为每克树脂吸收的水的重量。单位为g水水/g树脂。树脂。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂端氏倒衔盐槽呻稼网于炮稍梧愿冻童烈市您绵开毖哺褥着捞罚滓鞋吞疽驾第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 影响树脂吸水率有很多因素，除了产品本影响树脂吸水率有很多因素，除了产品本身的身的化学组成化学组成之外，还与产品的之外，还与产品的交联度交联度、水解水解度度和和被吸液体的性质被吸液体的性质等有关。等有关。

59、（1）交联度对吸水性的影响）交联度对吸水性的影响 高吸水性树脂在未经交联前，一般是水溶高吸水性树脂在未经交联前，一般是水溶性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常需要进行交联。需要进行交联。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂亡藩淀抽麓甘骗醚搏鸿位制弄伺涪简掀席残时驾剥姓总纱婪涸宜针扦淬剖第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 但实验表明，交联密度过高对吸水性并无但实验表明，交联密度过高对吸水性并无好处。式（好处。式（710）也表明了这一点。交联密）也表明了这一点。交联密度过高，度过高，一方面，网格太小而影响水分子的渗一方面，网格太小而影响水分子的渗透，

60、另一方面，橡胶弹性的作用增大，也不利透，另一方面，橡胶弹性的作用增大，也不利于水分子向网格内的渗透于水分子向网格内的渗透，因此造成吸水能力，因此造成吸水能力的降低。的降低。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂勇时究抡俩镰狐赛矗汀权欠趴腹折糙持词皂季婉斜存伏焚诈衷鸯吻桑创身第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 如用如用三乙二醇双丙烯酸酯（三乙二醇双丙烯酸酯（TEGDMA）作作为交联剂与为交联剂与部分水解聚丙烯酸甲酯（部分水解聚丙烯酸甲酯（HPMA）反应时，当交联剂用量为单体重量的反应时，当交联剂用量为单体重量的0.6以下以下时，吸水率随交联剂的用量增加而增加；当交时，吸水率随交联剂的用量增加而

61、增加；当交联剂用量大于联剂用量大于1.1时，吸水率随交联剂用量的时，吸水率随交联剂用量的增加而显著降低。对增加而显著降低。对盐溶液盐溶液、合成尿合成尿、合成血合成血的吸收能力与交联剂的关系，都遵循上述同样的吸收能力与交联剂的关系，都遵循上述同样的规律（见图的规律（见图74、图、图75）。）。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂憋便爷步躺虹簧惦刀部他试途讼痘酚庚岛送搐袍恳哗睦吼郁稻揣废终伦等第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图74 HPMA吸水率与吸水率与TEGDMA用量的关系用量的关系 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂逛偶或脆搐惜乾狠下缚谰丽咬吵恼弃名徽贫鼻痛惟磨忙箍维卷镑稼炼硝墩

62、第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图75 HPMA吸液率与吸液率与TEGDMA用量的关系用量的关系 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂蔑芹砚持检浅趴宽疲植鲜轻漳葫享绅贝揉买褂钩姓癸峻岗疏正危乎怂怜涡第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（2）水解度对吸水率的影响）水解度对吸水率的影响 高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增加而增加加而增加。但事实上，往往当水解度高于一定。但事实上，往往当水解度高于一定数值后，吸水率反而下降。这是因为随着水解数值后，吸水率反而下降。这是因为随着水解度的增加，亲水性基团的数目固然增加，但交度的增加，亲水性基团的数目固然增加，

63、但交联剂部分也将发生水解而断裂，使树脂的网格联剂部分也将发生水解而断裂，使树脂的网格受到破坏，从而影响吸水性。表受到破坏，从而影响吸水性。表73表明了部表明了部分水解聚丙烯酸甲酯（分水解聚丙烯酸甲酯（HPMA）的水解度与吸）的水解度与吸水性的关系。水性的关系。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂锋读啼姐仙肇桑联肮瘫厄驭霖雷逢敞两肯耍恍机盅北慷磷敛霖骄雪垣昏摹第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂表表73 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/

64、(g/g)0.9NaCl溶液溶液2735628490655231合成尿合成尿2032687688625326合成血合成血1930567285554627第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂津独生傈执源悠昂烦蒂仅娠支守当秆咙钒哀切锻付水郎耻冤慎噬咐咀伙鸯第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂（3）被吸液的）被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响值与盐分对吸水率的影响 高吸水性树脂是高分子电解质，水中高吸水性树脂是高分子电解质，水中盐类盐类物质的存在和物质的存在和pH值的变化都会显著影响树脂的值的变化都会显著影响树脂的吸水能力吸水能力。这是因为酸、碱、盐的存在，一方。这是因为酸、碱、盐的存在，一方面影

65、响亲水的羧酸盐基团的解离，另面影响亲水的羧酸盐基团的解离，另方面由方面由于盐效应而使原来在水中应扩张的网格收缩，于盐效应而使原来在水中应扩张的网格收缩，与水分子的亲和力降低，理论上反映在式与水分子的亲和力降低，理论上反映在式（710）中哈金斯参数）中哈金斯参数的增大，因此吸水的增大，因此吸水率率Q降低。降低。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂酌硒格含溶硫巳殿史南宫友肩锗塔咐惹菇疚付倦谩秒挽吩榨剂岂母商载鳞第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 表表73、表、表74、图、图76、图、图77种的实种的实验结果均反映了这种倾向。因此，将高吸水性验结果均反映了这种倾向。因此，将高吸水性树脂用于吸收树

66、脂用于吸收尿液尿液、血液血液，以及农业、园林部，以及农业、园林部分用于分用于肥料水肥料水等含盐液体时，吸收能力将大大等含盐液体时，吸收能力将大大降低，这也是今后研究高吸水性树脂要解决的降低，这也是今后研究高吸水性树脂要解决的一个重要问题。一个重要问题。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂廓够讹涟盎此审毙碍茂脖昂夷犀溢缄抉悄攀陕撮堡躬杠脯灵椿贫滁岭笨己第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂表表74 Sanwet IM300的吸液能力的吸液能力被吸液被吸液吸液率（吸液率（g/g）去离子水去离子水700生理生理盐水（水（1.6NaCl）65羊血羊血70第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂掷酬贿肿沫

67、奔饵辫栋早荚拴济蛔梆缄妈掺叭皆厄狐垢超者润勒稚省明磕妻第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图76 Sanwet IM1000对电解质溶液的吸收能力对电解质溶液的吸收能力第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂泻雅园顽忻巧恒姚化柿甘决宪耿杖蛾稼尔玲歌泽播钟儿等啥痛撩增呛斟掀第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图77 pH值对值对HPMA吸水率的影响吸水率的影响 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂胳催启韶蒸亮靠展眉乙哮勃冯惭躇巡侈寻老抗膝火熄自掷陷液群微描勋摹第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂4.1.2 吸水速率吸水速率 在树脂的化学组成、交联度等因素都确定在树脂的化学组成、交联度等因素都

68、确定之后。高吸水性树脂的吸水速度主要受其形状之后。高吸水性树脂的吸水速度主要受其形状所影响。一般来说，所影响。一般来说，树脂的表面积越大，吸水树脂的表面积越大，吸水速度也越快速度也越快。所以，薄膜状树脂的吸水速度通。所以，薄膜状树脂的吸水速度通常较快，而与水接触后易聚集成团的粉末状树常较快，而与水接触后易聚集成团的粉末状树脂的吸水速度相对较慢。图脂的吸水速度相对较慢。图78为不同形状的为不同形状的Sanwet IM300的吸水速率。的吸水速率。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂狈烘瞄妖于体纱缉型盆党检敝榔败玲呕显懈闯庙凸启稍膛致歧荫酝迢舅赘第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 与纸张、棉花

69、、海绵等吸水材料相比，与纸张、棉花、海绵等吸水材料相比，高高吸水性树脂的吸水速率较慢吸水性树脂的吸水速率较慢，一般在，一般在1分种至分种至数分钟内吸水量达到最大。数分钟内吸水量达到最大。图图78 树脂形状对树脂形状对吸水速率的影响吸水速率的影响第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂筏妨篱徽玖豪娄巩镇僳栓挫砾衫懦靴盐逞碳跌雌状糜礼拐淄温仟耘胀碟鞍第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂4.2 加压保水性加压保水性 与纸张、棉花和海绵等材料的物理吸水作与纸张、棉花和海绵等材料的物理吸水作用不同，高吸水性树脂的吸水能力是由化学作用不同，高吸水性树脂的吸水能力是由化学作用和物理作用共同贡献的。即利用分子中

70、大量用和物理作用共同贡献的。即利用分子中大量的的羧基、羟基和酰氧基团羧基、羟基和酰氧基团与水分子之间的强烈与水分子之间的强烈范得华力吸收水分子，并由网状结构的橡胶弹范得华力吸收水分子，并由网状结构的橡胶弹性作用将水分子牢固地束缚在网格中。一旦吸性作用将水分子牢固地束缚在网格中。一旦吸足水后，即形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的足水后，即形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，即使在加压下也不易挤出来。保水能力很强，即使在加压下也不易挤出来。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂牡名揍淋丸幕初剪抨袋咐晃札染具席卷坦笔倚戳牺呀阿菠彰靴詹闸病惮骇第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 例如，将例如，将

71、300 g砂子与砂子与0.3 g（0.1）高吸水）高吸水性树脂混合，加入性树脂混合，加入100 g水，置于水，置于20、相对湿、相对湿度度60的环境下，大约的环境下，大约30天后，水才蒸发干，天后，水才蒸发干，而如果不加高吸水性树脂，则在同样条件下，而如果不加高吸水性树脂，则在同样条件下，只需只需7天，水分就完全蒸发。天，水分就完全蒸发。 表表75也显示了同样的结果。也显示了同样的结果。 第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂致曰乏要再殷萍少肿嚎蜕祭已舰框峻册蔽夸孝凤路乏溶咎庇淫揭弊类田亭第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂表表75 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

72、吸水材料吸收液吸收液吸液率（吸液率（g/g）未加未加压加加压7 kg/cm2棉花棉花去离子水去离子水尿液尿液40322.11.8HSPAN去离子水去离子水尿液尿液8505481040第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂柜畜喊父畏吊专奠糟肾扬淡叫令籍宦慈翱哄看宏羡鲜汽邻巍讽钙袜喷湍舟第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂4.3 吸氨性吸氨性 高吸水性树脂一般为含羧酸基的阴离子高高吸水性树脂一般为含羧酸基的阴离子高分子，为提高吸水能力，必须进行皂化，使大分子，为提高吸水能力，必须进行皂化，使大部分部分羧酸基团羧酸基团转变为转变为羧酸盐基团羧酸盐基团。但通常树脂。但通常树脂的水解度仅的水解度仅70左

73、右，另有左右，另有30左右的羧酸基左右的羧酸基团保留下来，使树脂呈现一定的弱酸性。这种团保留下来，使树脂呈现一定的弱酸性。这种弱酸性使得它们对氨那样的碱性物质有强烈的弱酸性使得它们对氨那样的碱性物质有强烈的吸收作用。吸收作用。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂针险稠票绞搔残锦滞酷炯痘纲侵粉敏询恕数于藏绥懂蕉杰细赘恨尚就更走第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 高吸水性树脂的这种吸氨性，特别有利于高吸水性树脂的这种吸氨性，特别有利于尿布、卫生用品和公共厕所等场合的除臭尿布、卫生用品和公共厕所等场合的除臭，因，因为尿液是生物体的排泄物，其中含有尿素酶。为尿液是生物体的排泄物，其中含有尿素酶。在

74、尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐渐分解成在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐渐分解成氨。而高吸水性树脂不仅能吸收氨，使尿液呈氨。而高吸水性树脂不仅能吸收氨，使尿液呈中性，同时还有抑制尿素酶的分解作用的功中性，同时还有抑制尿素酶的分解作用的功能，从而防止了异味的产生。图能，从而防止了异味的产生。图79表明了高表明了高吸水性树脂的吸氨性和对尿素酶的抑制作用。吸水性树脂的吸氨性和对尿素酶的抑制作用。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂骤滚欣裹情申热揣好拐讯又樱井汕咯赛锨允馈款识赏钡炕格蜕忆疫办知讲第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图79 吸水性材料吸氨能力的比较吸水性材料吸氨能力的比较第七章第七章

75、高吸水性树脂高吸水性树脂居份肉俄值丁沁丈庄土吩奖川欧临被猛要黄氢灯右厚荡妥徐君钻贰旁饿柯第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂4.4 增稠性增稠性 聚氧乙烯聚氧乙烯、羧甲基纤维素羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠聚丙烯酸钠等等均可作为水性体系的增稠剂使用。高吸水性树均可作为水性体系的增稠剂使用。高吸水性树脂吸水后体积可迅速膨胀至原来的几百倍到几脂吸水后体积可迅速膨胀至原来的几百倍到几千倍，因此增稠效果远远高于上述增稠剂。例千倍，因此增稠效果远远高于上述增稠剂。例如，用如，用0.4（wt）的高吸水性树脂，能使水的）的高吸水性树脂，能使水的粘度增大约粘度增大约1万倍，而用普通的增稠剂，加入万倍，而用普通的增稠

76、剂，加入0.4，水的粘度几乎不变。需要加入，水的粘度几乎不变。需要加入2以上以上才达到这么高的粘度。才达到这么高的粘度。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂肤莫蓄底痞鸽薯苑绽鸟戏招茫踊谣诺耙久饯况练菇纬放臣阮酪区帧汝镇萄第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂 高吸水性树脂的增稠作用在体系的高吸水性树脂的增稠作用在体系的pH值为值为510 时表现得尤为突出。例如，含淀粉类高时表现得尤为突出。例如，含淀粉类高吸水性树脂吸水性树脂 HSPAN 0.1的水，粘度为的水，粘度为 1900 mPas，而在其中加入，而在其中加入8氯化钾，粘度上升至氯化钾，粘度上升至5000 mPas。经高吸水性树脂增稠的体

77、系，通经高吸水性树脂增稠的体系，通常表现出明显的触变性常表现出明显的触变性。即体系的粘度在受到。即体系的粘度在受到剪切力后随时间迅速下降，而剪切停止后，粘剪切力后随时间迅速下降，而剪切停止后，粘度又可恢复（见图度又可恢复（见图710）。）。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂宁犀略贼肇劣佰突蜒分龄形杖览磊子腻祥昆杂夸宇长绽毫杖石搽芳伐抵驴第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂图图710 HPMA增稠体系的触变性增稠体系的触变性第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂锐盎腰异寝朵瑶况莽钵收用绳乾殷款乖阜稗慕铆癣桌殖院屁钠圣洲绅垮浙第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂5 高吸水性树脂的应用高吸水性树脂的应用（1）日常生活）日常生活 婴儿一次性尿布、宇航员尿婴儿一次性尿布、宇航员尿巾、妇女卫生用品、餐巾、手帕、绷带、脱脂巾、妇女卫生用品、餐巾、手帕、绷带、脱脂棉等。棉等。（2）农用保水剂）农用保水剂（3）用作医疗卫生材料）用作医疗卫生材料 （4）工业吸水剂）工业吸水剂（5）食品工业）食品工业 包装材料、保鲜材料、脱水包装材料、保鲜材料、脱水剂、食品增量剂等。剂、食品增量剂等。第七章第七章 高吸水性树脂高吸水性树脂豪录委语崎怯腕考逼纲季金颖好斑澡斧屋舆黎夸逆鞋缉豪悬睦窥佰抠已絮第七章高吸水性树脂第七章高吸水性树脂