高吸水性树脂的吸水机理

目录摘要 (2)关键词 (2)一、高吸水性树脂概述 (2)1、高吸水性树脂基本概念 (2)2、高吸水性树脂特性 (3)二、高吸水性树脂的研究进展 (3)1、国际研究进展 (3)2、国内研究进展 (4)三、高吸水性树脂的吸水机理 (5)1、吸水机理基本概况 (5)2、影响树脂吸水性的因素 (5)四、高吸水性树脂的制备 (6)1、本体聚合法 (7)2、反相乳液聚合法 (7)3、水溶液聚合法 (7)4、反相悬浮聚合法 (7)5、互穿聚合物网络聚合法 (8)五、高吸水性树脂的应用 (8)1、在农业与园艺方面的应用 (8)2、在医用、卫生方面的应用 (8)3、在工业方面的应用 (9)4、在建筑方面的应用 (9)六、高吸水性树脂的发展趋势 (9)1、高性能化 (9)2、复合材料化 (10)3、功能化 (10)4、可降解性 (10)附（Personal Views） (11)摘要高吸水性树脂又称高分子吸水材料（SAP），是一种含有羧基、羟基等强亲水基团，并具有一定交联网络结构的高分子聚合物，是一类新型的功能高分子材料，具有吸水量大和保水性强两大特点。

高吸水性树脂以其优越的性能，广泛应用于农林业生产、医疗卫生、建筑材料、交通运输等诸多领域，并发挥巨大作用。

随社会需求增加以及社会工业发展方向，其研究的趋势也随之向低成本、高产量、高吸水率、多功能化和环保化发展。

关键词吸水树脂研究进展吸水机理制备方法发展趋势实际应用一、高吸水性树脂概述1、高吸水性树脂基本概念高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。

2、高吸水性树脂特性（1）高吸水性能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。

（2）高吸水速率每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。

简述高吸水性树脂的吸水和保水机理高吸水性树脂具有较强的吸附性能，对油和水的亲合力很大，因此常用作脱水剂，还用于制造纸张等。

下面就由小编为大家介绍关于高吸水性树脂的吸水和保水机理，希望大家喜欢！一、吸水性树脂在吸附和解吸过程中，分子的运动情况不同。

1。

表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。

这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。

表面活性剂的亲水基与水分子相互作用的结果，使表面活性剂表现出两个重要的特征：(1)一般来说，与水分子形成氢键缔合的物质在水中有更高的溶解度，并且容易迁移到有利的水环境中。

(2)在吸水过程中，这些水化产物之间的静电斥力比水分子与水化产物之间的作用力小。

因此，表面活性剂能够通过静电引力的作用从水中吸收水分子。

2。

高分子聚合物——电荷转移（共价键）吸水性树脂基本上是多糖，带正电荷，在溶液中能自由移动。

当溶液中加入高分子聚合物时，带负电的高分子链会与溶液中的阳离子基团进行吸附、电子交换或缔合，因而使溶液中的阴离子和水分子获得相应的吸附或解吸。

如果吸水过程完全是电子转移过程，则此时的吸水速率取决于聚合物吸附水分子的数目。

不溶性高吸水性树脂吸水是靠吸收外界水分子而达到其饱和浓度的。

吸水速率不受温度变化的影响，但随着溶液浓度增大，吸水速率增大。

因此，这类高吸水性树脂主要用作高级洗涤剂。

高吸水性树脂在吸收水分子后，溶液浓度虽然会降低，但其保水性能优良，可以防止水分损失，减少溶液的蒸发损失。

所以该类高吸水性树脂适宜用作化妆品的乳剂和牙膏。

由于不溶性高吸水性树脂吸水后存在剩余树脂，所以将不溶性高吸水性树脂配成固含量较高的乳液，用作涂料时，涂层的透明性和耐水性都比较好。

二、保水性树脂在吸水和解吸过程中，分子的运动情况不同。

1、表面活性剂——阳离子基团分子定向排列在可见光区，可与水分子形成氢键缔合。

这种结构特点使得它在水中保持高度的亲水性。

高吸水性树脂的特性及其应用一、前言高吸水性树脂,英文名称为 Super Absorbent Resin，简写为 SAR，或者称为高吸水性聚合物,英文名称为 Super Absorbent Pol 高吸水性树脂的特性及其应用 ymer，简写为SAP。

高吸水性树脂是一种能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分的一种功能高分子材料。

高吸水性树脂与普通吸水或吸湿材料(如硅胶、活性炭、海绵等)相比，具有吸水量大、吸水速度快、保水能力强等优点。

而普通吸水材料一般只能吸收自身重量的十到几十倍的水分，且在受压时容易失去水分，保水能力相对较差。

由于高吸水性树脂的吸水能力和保水能力都较强，所以它在许多领域都应该可以得到十分好的应用。

诸如：农林、园林、水产养殖、医疗卫生、建筑材料、化妆品等等方面。

特别是近年来，全国各地都不同程度的出现水资源紧缺的问题。

人、地、工业争水的情况日益严重，由于水土流失，土质砂化的现象愈来愈严重，土壤保墒、湿地保护和沙漠治理已经成为一个社会学问题。

二、高吸水性树脂的特点1、吸水量高常用的吸水材料如棉花、海棉、纸等其吸水能力为自身重量的20倍左右的材料，而高吸水性树脂,可吸收自身重量的数百倍至数千倍的水。

2、保水性好普通吸水材料吸水后，受到压力，容易放出水，但高吸水性树脂受压时,水不容易从树脂中放出来，也就是说，高吸水性树脂在外加压力的情况下仍然具有良好的保水性。

3、对光和热的稳定性高不同的吸水性树脂在吸水状态时,有不同的热稳定性，高吸水性树脂在70℃加热1h, 水分损失较小，如把高吸水性树脂贮存在密闭容器中，可贮存3～4年，其吸水能力不变。

4、吸氨性强树脂中含有羧基的聚合阴离子物，适当调节PH值，使部分羧酸基呈酸性，可吸收氨，有明显的防臭作用。

5、增稠性高吸水性树脂吸水后呈水凝胶状，比普通水溶性高分子具有更高的粘度，用在化妆 品上有明显的增稠效果。

6、能和其他高分子材料共混高吸水性树脂与其他高分子树脂进行共混后其性能良好。

高吸水性树脂的制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。

高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。

1 高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。

1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。

2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。

3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。

1.2 按亲水基团的种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。

1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。

2 高吸水性树脂的发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。

50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。

高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。

254作者简介：程华（1982—　），女，汉族，江苏徐州人。

主要研究方向：化工分析。

高吸水性树脂是一种含有羧基、羰基等强亲水性基团且具有一定交联度的吸水溶胀型高分子聚合物，又称高吸水性聚合物，简称SAP。

高吸水性树脂作为聚合物，是由三维空间网络构成，高吸水性树脂既可以实现化学吸水，又可以实现物理吸水，所以，高吸水性树脂可以吸收高出于其自身重量上百倍甚至上千倍的水分。

一、高吸水性树脂吸水原理分析（一）高吸水性树脂的吸水结构高吸水性树脂的三维网络结构几乎不会被水溶解，反而可以大量的吸收外部水分，形成高含水凝胶。

高吸水性树脂应用中所表现出来的优良性能无非是其良好的吸水性以及高超的保水性。

究其原因，主要是因为分子当中具有网络结构和较强性吸水基团，换言之，拥有良好的交联度。

通过实验结果显示，吸水性基团含量越多，性能越高，那么其吸水性便表现的越显著，保水性能更佳[1]。

适当控制交联度，当交联度过低，则保水性降低，当交联度过高，则吸水空间减少，吸水率降低。

（二）高吸水性树脂的吸水原理高吸水性树脂所表现出来的吸水性能，归根结底是高分子电解质离子相互之间的排斥，亦或者是水分子与高亲水基团形成的氢键将分子吸引，形成扩张膨胀，阻碍交联作用的网络结构分子扩张所致。

高吸水性树脂吸水的过程，是一个十分复杂的过程，在吸水之前，高分子网络呈现出固态状态，并未对离子对进行电离分解。

当高吸水性树脂遇到水分的时候，水分子与亲水基产生水合作用，扩展了高分子网束，网内与网外的离子浓度出现差异，造成网络结构内外环境出现渗透压，通过渗透压作用，使得分子渗透到网络结构内部。

通过对高吸水性树脂的吸水原理作出分析可以得知，受到渗透压影响，水分子将会逐步渗透到树脂内部，树脂将会将大量的水分吸收。

伴随着吸水量增加，网络结构便不断扩张，随之而来的便是高吸水性树脂分子链弹性收缩力提升，将阴离子键的静电斥力抵消，实现高吸水性树脂吸水平衡。

高分子网络结构当中含有大量水合离子，这也是提升高吸水性树脂吸水速度和吸水倍率的关键因素。

高吸水树脂的吸水原理
高吸水树脂是一种具有高吸水性能的高分子材料，其吸水原理主要基于其特殊的分子结构和化学性质。

首先，高吸水树脂的分子链通常具有高度的交联结构，使得分子间的空隙较小，不易产生结晶。

这种结构使得树脂具有较好的弹性和可塑性，同时也有利于提高树脂的吸水性能。

其次，高吸水树脂分子中通常含有大量的亲水基团，如羧基、羟基、氨基等。

这些基团可以与水分子形成氢键，从而产生强烈的吸水作用。

当树脂与水接触时，水分子的极性基团与树脂的亲水基团相互作用，使得水分子被吸附在树脂的分子链上，形成一种类似凝胶的结构。

此外，高吸水树脂的吸水性能还与其内部的交联程度有关。

适当的交联程度可以使树脂在吸水膨胀时保持一定的弹性，从而更好地承受外部压力。

同时，适当的交联程度也可以控制树脂的吸水速率和吸水量，以满足不同应用场景的需求。

总的来说，高吸水树脂的吸水原理是基于其特殊的分子结构和化学性质，通过与水分子形成氢键等相互作用力，将水分子吸附在树脂的分子链上，形成类似凝胶的结构。

这种吸水作用使得高吸水树脂在多个领域都有着广泛的应用，如农业、医疗、环保等。

在农业领域，高吸水树脂可以用于土壤改良、节水灌溉等方面，以提高农作物的生长效率和抗旱能力。

在医疗领域，高吸水树脂可以用于制造吸收性卫生用品、药物控释载体等方面，以提高产品的舒适度和治疗效果。

在环保领域，高吸水树脂可以用于污水处理、水质净化等方面，以提高水质处理的效率和效果。

因此，对高吸水树脂的吸水原理进行深入研究，有助于更好地开发和应用这种具有重要应用价值的高分子材料。

高吸水性树脂的发展与应用摘要高吸水性树脂是一种带有强亲水性基团的具有空间网状立体结构的功能高分子材料，具有优异的保湿性能。

高吸水性树脂是由强亲水性基团（如羧基、羟基、磺酸基、酞胺基等）三维网状结构的分子链上组成。

在未来几年高吸水性树脂市场占有率规模将以年均增长5%的速度年加快发展，然而而发展中国家的发展速度将远远的高于世界平均水平。

关键词高吸水性；树脂；吸水机理1神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂高吸水性树脂（SAR）又称高吸水性聚合物（SAP）是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团的/水溶胀型的、含有一定的交联度的高分子聚合物。

高吸水性树脂既不溶于水，也不溶于有机溶剂，但是具有奇特的吸水能力和保水能力，同时又具备功能型高分子的特点。

它能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分，或吸收并保持数十倍的盐水，即使加压的状态下也很难把水分离出来。

这是因为它的分子结构上带有大量的强亲水性的基团，而这些化学基团又可形成各种相应的吸收和保持水分的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。

2高吸水性树脂吸水机理的研究与发展高吸水性树脂吸水，首先是离子型的亲水性基团在水分子的作用下开始解离，与此同时阴离子仍然固定在高分子链上，已经解离的可移动的阳离子在树脂内部维持电中性。

由于高分子骨架的网状结构具有高弹性，因而可容纳大量的水分子，当高分子网状结构交联密度较大时，高吸水性树脂分子链的延展性受到制约，导致吸水率下降。

随着离解过程的逐步进行，高分子骨架上的阴离子数量逐渐增多，同种离子之间的静电排斥力使树脂溶胀。

与此同时树脂内部的阳离子浓度逐渐增大，在聚合物骨架结构内外溶液之间形成离子浓度差，离子浓度渗透压的产生，使水分子能够进一步进入聚合物内部。

当离子浓度差提供的动力不能小于聚合物交联结构及分子链间的相互作用的阻力时，高吸水性树脂吸水度达到了饱和状态。

关于高吸水性树脂的吸水理论中最具权威代表性的是Flory的热力学理论和Omidian等的关于吸水动力学理论。

淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸水机理与应用高吸水树脂简称SAP,又叫超强吸水剂，在农业上被称为保水剂。

吸液率可高达自身重量的数十倍、百倍乃至数千倍，与传统的吸水材料不同，它具有很多的特殊能力：(1)吸收水的速度非常快，吸水的质量也可以在数十秒内达自身重量的几百倍；(2)吸水后能形成强度较好的凝胶；(3)吸水量大；(4)吸收后的水分很难失去，吸水后便具有足够的保水性；(5)具有成本低，效益高，使用简的优良性质。

？但高吸水性树脂也存在一些弱点，其中最突出的是树脂耐盐性比较差，尤其是离子型的树脂。

而实际应用中，几乎都在离子溶液中，因此提高吸水性树脂的耐盐能力具有重要实际意义。

高吸水性树脂可分为离子型与非离子型两种。

离子型吸水能力强，抗盐性较差；非离子型抗盐性好，吸水能力較差。

为进一步发展高吸水性树脂多方面的能力，在其研究的内容上又有所增加：1、选择淀粉接枝丙烯酸、2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的研究;用淀粉替代部分有机单体，以降低原料的费用；加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以增强产品的耐盐性能。

2、单体浓度、聚合工艺的研究；主要包括淀粉与单体接枝共聚反应规律的研究，如单体中和度，交联剂的选择及用量，单体配比，反应时间等；以及这些工艺参数对吸水性能的影响。

同时研究2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对高吸水树脂抗盐性能的影响。

通过研究试图增强高吸水性树脂的耐盐性。

实验通常采用水溶液法制备高吸水性树脂，工艺简单，工艺条件易于控制；制备的产品成本较低，质量较好；加入增强高吸水性树脂耐盐性能的单体AMPS，改善树脂的性能。

一、高吸水性树脂的吸水机理。

直到现今，专业人员对高吸水树脂的吸收水分的性能与吸水树脂分子结构的相互关系以及吸水树脂其吸水机理的认识还十分之不全而，他们现阶段提出的观点还停留在吸水树脂的结构阐述问题上。

对于交联结构对吸水树脂的吸水机理的影响，目前为人们所接受的理论有两个，其一是高吸水树脂的吸水过程是由离子浓度差所产生的动力引起的，高吸水性树脂聚合物是一种高分子电解质聚合物，它在水及其它极性溶剂中能电离，之后便产生了离子间相互作用，从而使得高分子聚合物出现溶胀。

高吸水性树脂的结构特点和应用前景高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料, 由含强亲水性基团的单体经过适度交联使其能够吸收上百倍甚至上千倍的水, 并且具有很强的保水性能。

它的微观结构因其合成体系不同而呈现多样性。

它的吸水机理可以用Flory 的凝胶理论及刘廷栋的离子网络结构来解释。

一、高吸水性树脂的结构特点高吸水性树脂吸水但不溶于水, 也不溶于常规的有机溶剂。

用不同方法合成的不同种类的吸水性树脂的结构也是千差万别。

对绝大多数高吸水性树脂而言, 从化学结构看, 它的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性官能团, 这些亲水基团与水的亲合作用是其具吸水性的最主要内因; 从物理结构看, 要实现其高吸水性, 树脂必须是一个低交联度的三维网络, 网络的骨架可以是淀粉、纤维素等天然高分子, 也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类) ; 从微观结构看, 高吸水性树脂的微观结构也因其合成体系不同而呈现出多样性: 如黄美玉等研究的淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构, I1Sakata等研究的纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构, 而部分水解的聚丙烯酰胺树脂则呈粒状结构( GranularSt ructure) 等。

I1Sakata 等采用冷冻态—SEM 透镜法来研究高吸水性树脂的微观结构, 此法具有高准确度和客观反映原始结构的优点, 另外, 研究树脂吸水后形成水凝胶的多孔网状结构对其吸水机理的探讨及性能的改进也有十分重要的意义。

日本的吉武敏彦认为, 高吸水性树脂是具有像ABS 塑料那样的“岛屿”型微相分离结构。

在聚乙烯醇—丙烯酸盐嵌段共聚物中, 聚丙烯酸盐就像无数的“小岛”分布在聚乙烯醇的“大海”中。

聚乙烯醇使聚丙烯酸盐不再溶于水, 当聚丙烯酸盐吸水溶胀时, 分子伸展, 使吸水凝胶具有高强度。

而当聚丙烯酸盐失水时, 聚乙烯醇又对失水起着阻挡层的作用。

对于淀粉—聚丙烯酸盐接枝聚合物来说, 聚丙烯酸盐是“岛”, 而淀粉是“海”, 淀粉使聚丙烯酸盐不溶于水而本身吸水作用不大。

高吸水性材料的研究摘要：高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至几千倍的水，且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性，因此在生理卫生用品、土木建筑、农业、食品、医药等方面具有广阔的应用前景。

本文介绍了高吸水性树脂的分类、吸水机理、制备方法及应用，并对高吸水性树脂的发展前景作了展望。

关键词：高吸水性树脂；机理；制备方法；应用。

前言：高吸水性树脂（简称SAR）是一种典型的功能高分子材料。

它能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并具有很强的保水能力的高分子材料，所以它又成为超强吸水剂或高保水剂。

从化学结构上来讲，高吸水性树脂是具有许多亲水基团的低交联度或部分结晶的高分子聚合物。

［1］1、高吸水性树脂的吸水机理1.1高吸水性树脂的吸水结构高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。

高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。

要具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定的网络结构，即具有一定的交联度。

实验表明：吸水性基团极性越强，含量越多，吸水率越高，保水性也越好。

而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减少，使吸水率明显降低。

1.2高吸水性树脂吸水量的计算高吸水性树脂的吸水量可以量化。

Flory［4］考虑聚合物中固定离子对吸水能力的贡献，从聚合物凝胶内外离子浓度差产生的渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时的最大吸水性公式：Q 3/5=[（i/2VuS�~ 1/2）2+(1/2-x1)/V 1]/（Ve/Vo）1.3高吸水性树脂与水的作用方式当水与高聚物表面接触时，有三种相互作用：一是水分子与高分子中的电负性强的氧原子间的氢键作用；二是水分子与疏水基团间的相互作用；三是水分子与亲水基团间的相互作用。

［6］高吸水性树脂本身具有的亲水基和疏水基与水分子相互作用形成水合状态。