精细高分子合成与性能 教学课件 ppt 作者 张宝华 张剑秋 编第8章 吸附型高分子.ppt

8.5.1.2 高吸水性树脂的结构特点 （3）聚合物内部应该具有浓度较高的离子性基团，大量离子性基团的存在可以保证体系内部具有较高的离子浓度，从而在体系内外形成较高的指向体系内部的渗透压，在此渗透压作用下，环境中的水具有向体系内部扩散的趋势，保证吸水能力的提高。 （4）聚合物应该具有较高的分子量，分子量增加，吸水后的机械强度增加，同时吸水能力也提高。 8.5.1.3 高吸水性树脂的吸水过程 （1）首先由于树脂内亲水性基团的作用，水作为溶胀剂将树脂溶胀，并且在树脂溶胀体系与水之间形成一个界面。 （2）进人体系内部的水将树脂的可解离基团水解离子化，产生的离子（主要是可移动的反离子）使体系内部水溶液的离子浓度提高，这样在体系内外由于离子浓度差别产生渗透压，此时，渗透压的作用促使更多的水分子通过界面进人体系内部。由于聚合物链上离子基团对可移动反离子的静电吸引作用，这些反离子并不易于通过扩散转移到体系外部，因此，渗透压得以保持。 8.5.1.3 高吸水性树脂的吸水过程 （3）一方面随着大量水分子进人体系内部，聚合物溶胀程度不断扩大，呈现被溶解趋势；另一方面，交联聚合物网络的内聚力促使体系收缩，这种内聚力与渗透压达到平衡时水将不再进人体系内部，吸水能力达到最大化。水的表面张力和聚合物网络结构共同作用，吸水后体系形成类似凝胶状结构，吸收的水分呈固化状态，即使在轻微受压时吸收的水分也不易流失。 几个概念 达到平衡时的吸水量被称为最大吸水量。 为了便于测量，有时也用24 h吸水量来代替最大吸水量，用来衡量树脂的吸水能力。 单位时间进人体系内部的水量被称为吸水速度，是衡量吸水树脂工作效率的指标。 8.5.1.4 影响高吸水性树脂性能的因素 Q为吸水倍率（树脂吸水后重量/吸水前重量）， 为连结在高分子电解质上的电荷浓度；S为外部溶液电解质的离子强度； 为高分子电解质与水的亲和力； 为交联密度 分子第一项表示渗透压，第二项表示和水的亲和力，是增加吸水能力的部分；分母表示交联密度， 如果降低交联密度，吸水倍率就提高。对于非电解质的吸水性树脂而言，没有式中第一项，所以比电解质吸水剂的吸水能力差，不具有超强吸水性。 影响高吸水性树脂性能的因素 刚性率G与交联密度成正比，吸水性树脂的交联密度越大，机械强度越高，但吸水倍率降低。 影响高吸水性树脂性能的因素 （1）聚合物化学结构的影响 高吸水性树脂具有强亲水性和可离子化基团等化学结构是高吸水的重要前提条件。作为高吸水性树脂，结构中含有亲水性基因是首要条件，只有含有强亲水性基因才能使水与聚合物分子间的相互作用大于聚合物分子间的相互作用，使聚合物容易吸收水分而被水溶胀。多数高吸水性树脂在结构内部都含有大量的羟基和羧基等亲水性基团就是基于上述理由。第二个结构因素是分子内要含有大量可离子化的基团，从而在溶胀后可以提供较大渗透压，这也是制备高吸水量树脂的必备条件。以纤维素类高吸水性树脂为例，经过碱性处理后可以使大量羟基和衍生化后引人的羧基离子化就是出于上述目的。 影响高吸水性树脂性能的因素 （2）聚合物链段结构的影响 适度交联结构是高吸水性树脂的第二个必要条件。所有的高吸水性树脂都是由线性水溶性聚合物经过适度交联制备的。交联主要起两方面的作用，首先是保证聚合物不被水所溶解，其次是为保持吸收的水分提供封闭条件，并为溶胀后的水凝胶提供一定机械强度。一般来说，交联度越高，机械强度越好。但是，在一定范围内，高交联度将限制溶胀程度，即交联度与最大吸水量成反比。如何平衡强度和吸水量两个因素是目前考虑交联度的主要目的 影响高吸水性树脂性能的因素 （3）外部影响因素 对于高吸水性树脂性能的外部影响因素主要是水溶液的组成和温度、压力等。水的组成中最重要的是盐的浓度，因为从上面分析中我们已经知道，最大吸水量是聚合物网络内聚力与体系内外渗透压之间平衡的结果。水中如果存在盐成分，盐浓度将直接降低渗透压差，导致最大吸水量下降。盐浓度越高，最大吸水量下降越大。此外，由于某些高吸水性树脂易于水解，因此，考虑到树脂的稳定性，水溶液的酸碱度也是重要的影响因素。温度和压力对吸水指标的影响是可以预见的，因为外界压力将直接叠加到聚合物网络内聚力上，压力增加显然对最大吸水量不利。环境温度会影响水的表面张力，将对树脂的保水能力产生影响。 8.5.2 高吸水性树脂的制备方法 8.5.2.1 淀粉与纤维素型高吸水树脂的制备 8.5.2.2 壳聚糖型高吸水性树脂 壳聚糖是甲壳质的水溶性改性产物，甲壳质和壳聚糖都具有和纤维素、淀粉极相似的结构，仅仅是糖环上的第二位碳原子所带的取代基为酚胺基或胺基。 壳聚糖通过与丙烯睛接枝共聚改造，皂化后得到淡黄色吸水性树脂，反应在5％乙酸水溶液中进行，水解和皂化用20％的氢氧化钠溶液。 8