三章超高吸水材料.ppt
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1、,第三章 超高吸水性材料,吸水树脂,彩色花泥,思考题:,1.吸水树脂的分子结构由哪两部分组成? 2. 解释离子交换树脂与超高吸水性高分子的结构、性能的异同点,它们的本质区别是什么? 3.说明吸水树脂的吸水机理。 4.评价吸水树脂性能的指标有哪些? 5.举例说明吸水树脂的应用。 6.吸水树脂的制备途径? 7.试写出淀粉改性吸水树脂的合成路线。 8.试写出丙烯酸系吸水树脂的合成路线。 9.说明吸水膨胀橡胶的作用机理及其应用领域。,吸水材料很早就有,如脱脂棉、硅胶、海绵等,这些传统的吸水材料有局限: (1)吸水率只有自身重的20-40倍左右,远不能满足人们的需要; (2)这些材料吸水后,一旦受到外力
2、的作用(如挤、压)就很易脱水。 而超高吸水性材料,能吸收自重成百上千倍的水,并且有很好的保水和贮水能力。,一、超高吸水性材料的结构与性能: 1、 结构: 高分子骨架:适度交联的网状结构 结构 吸水官能团: -COONa -SO3Na -CONH2 -CH2-NH2 -CH2-OH -CN -CH2OCH2- 树脂骨架的立体结构对吸水性能有影响, 吸水功能团的种类对吸水性能有很大的影响, 如SO3Na 和COONa 最好,OH, -CN较差。,COONa,COONa,COONa,COONa,COONa,COONa,与离子交换树脂有何不同?,树脂骨架:均匀的立体笼状, 高分子链柔性, 笼网适当大些
3、,有利于高吸水性。 吸水基种类:强电解质, 如SO3Na(k)、COONa(k) 吸水基的数量和分布:数量越多越好; 分布越均匀越好。,2. 性能: 吸水能力 保水能力(对水的束缚能力) 抗盐能力 稳定性 吸水能力: 以每克吸水剂能吸收水的克数表示, 或以吸水的重量是其自身重量的倍数表示。,测定方法: 称取1g吸水剂,加入盛满水的23升的容器里。充分溶胀形成凝胶状后将凝胶倾入80140目的筛子里,静放30min,再称取筛子上面凝胶的重量。 吸水剂吸蒸馏水(或去离子水)的能力远大于吸收天然水以及其它含离子水的能力。,目前,超高吸水剂能吸蒸馏水8002000倍。个别报道可吸水5千倍。 吸天然水,如
4、江河水为200500倍。 吸含0.1%的NaCl生理盐水只有5080倍。,1、机械力作用的失水: 如:将吸水的凝胶、用力挤压、离心机离心,高分子吸水剂在这方面保水能力都是很强的。(例如米饭) 2、光照、风干等失水: 高分子吸水剂吸水后得到的凝胶,在光照或风干条件下均可失水,但比其它吸水剂失水慢。 3 、被植物根系吸收的水分: 这是吸水剂能用于林、农方面的根本原因。,(2)保水能力-吸水后再失水情况,抗盐能力: 是指吸水剂能力受水中含离子种类和数量的影响。吸蒸馏水上千倍的吸水剂,吸含0.1%NaCl的水只有几十倍。 离子浓度越大,吸水量越小,离子价数越高,吸水越少,目前这是吸水剂的致命弱点。 稳
5、定性: 是指生物降解性:在土壤保墒方面,高分子吸水剂不易发霉,不易被细菌破坏,寿命长。,无毒性: 在医用、卫生方面,要求无毒,经动物口服实验,无死亡,无异常表现,对皮肤和粘膜无刺激,无过敏反应。 吸氨能力: 高吸水剂是含有羧基的阴离子物质,残存的羧基(约30%)往往使树脂显示弱酸性,并可吸收氨类等弱碱性物质。这一特性有利于卫生中等的除臭,并可将土壤中氮肥的利用率提高10%。 增粘性:用于化妆品中、吸水速率等。,二、超高吸水性材料的用途和国内外研究概况: 1、用途:用途很广,很有发展前途。 可用在卫生、医药、土木、农林化妆等20个行业或领域,制出130多种有关产品。,农业、林业方面: 土壤保墒、
6、种子发芽、播种保苗、种子营养器、改造沙漠;林业上:育苗、植树、造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、可提高成活率。 工业:日用化工、如:化妆品的增稠剂、石油工业中的堵漏剂,干燥剂、水泥制品养护剂。 医学方面:吸水绑带,病床垫、卫生巾、婴儿尿布等。,2、历史: 1969年美国Fanta等用丙烯腈对淀粉接枝后水解,得到一种吸水能力为自重数百倍的聚合物,从而开发了一种新型高分子材料高吸水性树脂。 1974年N.W.Taylor等研究了淀粉接枝丙烯腈水解物的性质和性能,发现它吸水后是凝胶颗粒的堆积,有许多性质与聚电解质不同,该超吸水剂由美国的Grafn processing Co研制成产品,1974年
7、进入市场,得到广泛地应用。,随后,日本急起直追,1975年首先开发了淀粉一接枝丙烯腈共聚物;70年后期和80年代初,美、日、西欧等国有许多公司开展了高吸水剂的开发工作,并且日本进展较快,80年代中期,与高吸水性树脂有关的日本发明专利每年约有20005000篇,88年日本生产的卫生用超高吸水性树脂3万吨,出口4万吨。目前,世界的产品为60万吨/年。,在1980年代,我国有许多单位开始研发高吸水剂,如南开大学、山大、中科院、吉林化学所,北京化工研究院等。 申请的中国专利有: GK85100849 GK85103771 GK85104864 GK85102156 GK86104111 CN10416
8、001A,三、超高吸水性材料的制备途径: 高吸水性材料可分为二类: (1)天然高分子的改性物 (2)烯类单体的共聚物,是螺旋状结构,加水混合加热煮沸,淀粉:,变成线型结构,、由淀粉接枝丙烯腈水解制备,结构,实例: 在2000ml烧瓶中,加入50克玉米淀粉和1250ml水,加热至85-90,在搅拌下糊化30min,然后冷却至室温,在30的恒温水浴中通N220min后加入40ml0.1N的硝酸铈铵溶液(NH4)2Ce(NO3)6,预氧化30min,然后滴加75g蒸馏处理的丙烯腈,反应0.5h,再补加22.5ml (NH4)2Ce(NO3)6溶液,再反应3h,用碱中和至PH=7,然后加入乙醇(或甲醇
9、)沉降产物,过滤,在60下真室干燥得淀粉丙烯腈接枝物。 再将淀粉丙烯腈接枝物用0.5N NaOH在95下水解3h,再用乙醇沉淀过滤,干燥得吸水剂。,丙烯腈接枝淀粉高吸水树脂的制备 在氮气保护下,把加有20倍左右蒸馏水的淀粉浆在8085糊化3040 min,然后冷却到204 0。 将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成质量浓度为0.1g/ml 的溶液,并与丙烯腈混合,配制成丙烯腈的硝酸铈铵溶液。 将丙烯腈的硝酸铈铵溶液加入到淀粉糊中,在2040下反应12 h。 用稀氢氧化钠溶液调节pH 值至7,加适量蒸馏水,加热至80,保温30 min,除去未反应的丙烯腈。然后加入丙烯腈10 倍左右的2mol/L
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