高吸水性天然材料的发展

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。首次开发成功后，世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。1975年美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直到1978 年才由日本的三洋化成工业率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一次性尿布，于1979年在日本名古屋投产了1000吨/年的生产设备[2]，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们的重视。高吸水性树脂的发展也随之进入了一个新的时代。

70 年代末美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型的高吸水性树脂，其吸水能力高达2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物的大门。

80年代出现了以天然化合物及其衍生物为原料(藻酸盐、聚氨基酸、壳聚糖、蛋白质等)制取的高吸水性材料，同时，出现了高吸水性复合材料，由于它能改善吸水性材料的耐盐性、吸水速度、水凝胶的强度等许多性能，所以发展迅速。

90年代初，吸水性树脂的研究更是突飞猛进。最新开发了对环境友好的聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解的复合纤维或无纺布材料、高吸水性树脂泡沫、芳香性卫生用品、室内

装饰性凝胶材料等。目前，日本触媒、三洋化成及德国Stockhausen 三大生产集团掌握了全球高吸水树脂70%的市场，他们之间均以技术合作方式，进行着世界性国际联合经营，占居了世界主要技术和市场[3]。

在过去将近20年中，世界高吸水性树脂的市场需求持续强劲增长，图1是全球高吸水性树脂的生产能力和趋势图，从1986年世界高吸水性树脂产量不足0.5万吨/年，到2001年为125万吨/年[4]。目前全球对高吸水性树脂生产和需求几乎是直线上升趋势。在本世纪，随着北美、西欧高吸水性树脂市场逐渐进入成熟期，以及亚太和拉美等新兴市场的快速发展，全球对高吸水性树脂的需求将急剧膨胀，全世界对高吸水性树脂的需求将不断增加。

2.2国内发展

我国从80年代才开始研制高吸水性树脂，1982 年中科院化学研究所的黄美玉等[5]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂，80年代后期己有20多个单位、研究所、纺织科学研究院与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类的高吸水性树脂，建起国内第一套100吨/年的生产装置。我国高吸水性树脂的消费始于1991年，一些独资或合资企业引进护翼卫生巾生产线，1993年引进尿裤生产线后,消费需求不断增加。1985年北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂的专利,到2006年底，我国己申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇衍生物等高吸水性树脂。

近年来，医用高吸水材料、生物可降解高吸水材料和有机—无机复合材料的研究也日益增多。如淀粉类可生物降解高吸水材料、聚氨基酸类、可生物降解高吸水性树脂、无机—有机复合高吸水性材料、羟乙基纤维素高吸水性材料的合成及性能研究。在应用研究方面，90年代末，我国己将高吸水性树脂在农业领域的应用列为重大科技推广项目。吉林省开展的移植苗木研究，黑龙江省开展的种子培育研究均取得可喜成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，甘肃省中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等许多单位也开展了高吸水性树脂研究工作，开发出一系列新型的有机—无机复合材料、可生物降解的高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树脂，成功应用于西北干旱土壤改良、油田堵水等工作。

高吸水性树脂在我国有着巨大的市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，我国所需的高吸水聚合物大部分仍需要进口。如何加强高吸水性树脂吸水理论的研究，并开发出性能良好而廉价的吸水性树脂，这些都需要我们作进一步的努力。

3．高吸水性树脂的结构与吸水机理

3.1 高吸水性树脂的结构

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除[6]。高吸水性树脂的微观结构因合成体系的不同而呈现出多样性。

大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等)的三维网状结构所组成，如图1所示。吸水时，首先是离子型亲水基团在水分子的作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性。由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，当交联密度较大时，树脂分子链的伸展受到制约，导致吸水率下降。随着离解过程的进行，高分子链上的阴离子数增多，离子之间的静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部的阳离子浓度增大，在聚合物网络内外溶液之间形成离子浓度差，渗透压随之增大，使水进一步进入聚合物内部。当离子浓度差提供的驱动力不能克服聚合物交联构造及分子链间的相互作用(如氢键)所产生的阻力时，吸水达到饱和。

图1 高吸水树脂的离子网络结构

3.2 高吸水性树脂的吸水机理

文献资料报道，高吸水性树脂吸水机理有多种说法，其中有两种占主要地位，金益芬等[7]认为高吸水性树脂吸水有3个原动力：水润湿、毛细管效应和渗透压。高吸水能力主要由这3个方面的因素决定。水润湿是所有物质吸水的必要条件，聚合物对水的亲和力大，必须含有多个亲水基团（如-OH、-COOH等）；毛细管效应则是让水容易迅速地扩散到聚合物中；渗透压可以使水通过毛细管扩散、渗透到聚合物内部，或者说，渗透压可以使水连续向稀释聚合物固有电解质浓度的方向发动。刘廷栋等[8]则认为当水与高分子表面接触时主要有3种相互作用：一是水分子与高分子中电负性强的氧原子形成氢键；二是水分子与疏水基团相互作用；三是水分子与亲水基团的相互作用。上述两种理论虽然表述不相同，但二者的理论都是建立在高吸水聚合物的主体网络结构基础之上的，实质是相同的。

高吸水性树脂吸水后形成高含水凝胶，属于弹性凝胶。高吸水性树脂的出现促进了凝胶学理论的发展，弹性凝胶的基本规律和特性也适用于高吸水性树脂。在研究吸水性树脂的吸水理论中，最具代表性的就是Flory对凝胶研究过程中提出的热力学理论公式以及Omidian等提出的吸水动力学理论。

3.2.1 Flory-Huggins热力学理论

Flory[9]深入研究了高分子在水中的膨胀后，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倍数理论公式：

（3-1）

式中：Q—吸水倍数；

Ve/V0—交联密度；

(1/2-x1)/V1—对水的亲和力；

Vu—单体单元的摩尔体积；

i/Vu—固定在树脂上的电荷密度；

S—外部溶液的电解质离子强度；

式中的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；从这个公式可得出：

(1)对于离子性高吸水性树脂，由于i/Vu为一个较大值，因此吸水倍数Q较大；而对于非离子性树脂，i/Vu值较小，所以吸水倍数Q较小。

(2)分母Ve/V0表示交联密度，因此在相同接枝率的情况下，交联剂用量越少，交联密度越小(要形成有效的三维网络结构)，即分母越小，Q值越大，树脂的吸少能力越好。

(3 )对于同一树脂，当外部为电解质溶液时，由于树脂结构是确定的，因而可将Vu，V1，i/Vu，Ve/V0视为常数，同时电解质浓度不是很大时，溶剂与树脂的亲合力与纯水时的差别不大，此时溶液离子强度S越大，Q值越小，且Q5/3与S1/2成反比，这就解释了高吸水树脂在盐溶液中其吸液率急剧下降的原因。

但处于吸水状态的高吸水性树脂，显示橡胶的弹性行为，其刚性率G与交联

密度成正比。

G=RT·Ve/V0 （3-2）

吸水倍率Q表示交联密度小时，吸水倍率大，但刚性G则反而降低。显然只控制交联密度是不能同时满足既提高吸水能力，又获得高强度凝胶的高吸水性树脂。进一步解释为，达到吸水极限（吸水倍数最高状态时）的树脂，吸水倍数高时其凝胶的弹性就变差。而具有高吸水能力的树脂没有达到吸水饱和状态时，其吸水凝胶具有一定程度的弹性。这种理论指导的意义在于：仅仅注重追求高吸水倍数的树脂，而不照顾吸水后树脂水凝胶的刚性（弹性）是缺乏实用价值的，如果树脂吸水后变成稀汤状，吸水倍数再高也缺乏实用价值。获得具有良好实用价值的树脂既要兼顾尽可能高的吸水倍数，又要保证一定的弹性“成型”性。

3.2.2吸水动力学理论

Omidia n等[10]认为，高吸水性树脂吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散；另一方面组成吸水剂的高分子链在水的作用下彼此分离、扩展。吸水速率取决于水向高吸水性树脂内部的扩散速率以及高分子链在水的作用下扩展的速率。他使用聚合物粘弹理论中的Voigt模型来定量解释高吸水性树脂在溶胀过程中吸水速率随时间急剧下降这种想象，得出了吸水倍率与吸水时间的函数关系式：

（3-3）

式中：(t)—t时刻的吸水倍率；

—Voigt模型中的起始应力；

E—V oigt模型中弹簧的弹性模量；

—吸水过程中高分子自身扩散时受到的阻力；

—水渗透时所受到的阻力。

该式较准确地描述了树脂吸水时的时间依赖性。

文中还分别得出油溶性交联剂和水溶性交联剂的稳态吸水倍率与单体和交联剂的比值之间的幂率关系式：（3-4）

（3-5）

4. 高吸水性树脂的制备

4.1淀粉系高吸水性树脂的制备

淀粉系高吸水性树脂是按自由基型或离子型接枝共聚机理进行。淀粉在引发剂存在下或辐射下，使淀粉变成自由基，淀粉自由基与乙烯类单体反应生成淀粉大分子自由基，继而再与乙烯类单体进行链增长、链终止，从而得到淀粉类高吸水性树脂。

4.1.1 淀粉接枝丙烯腈类高吸水性树脂

淀粉接枝丙烯腈及α-甲基丙烯腈符合接枝共聚基本原理，可用负离子催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚，也有自由基型接枝共聚。目前制备吸水性树脂常采用自由基型接枝共聚。淀粉接枝丙烯腈类吸水性树脂由于采用的原料、引发方式、分散介质、反应条件等不同，因而工艺过程有所不同。这里只就一般过程加以说明，其工艺过程如下图2。

图2 淀粉接枝丙烯腈类制备高吸水性树脂工艺过程图

Hishiki等[11]先用表氯醇和淀粉乳交联,再在硝酸铈铵引发下接枝共聚丙烯腈。所获得的高吸水性树脂在20 ℃下1h可以吸水200 % ，胶体硬度8.0g/ cm3 ,抗酶性85 %。Athawale等[12]研制了玉米淀粉- 甲基丙烯腈接枝共聚凝胶，经硝酸铈铵引发剂处理，在氮气氛保护下，预先凝胶化的淀粉与一定量的甲基丙烯腈接枝共聚，再经氢氧化钠中和、水洗和干燥等，制得淀粉-甲基丙烯腈共聚凝胶，其最大吸水量为250g/ g。

郑邦乾等[13]以焦磷酸锰盐为引发剂引发可溶性淀粉与丙烯腈接枝共聚，并通过淀粉-丙烯腈接枝共聚物水解来制备高吸水性树脂。产品吸去离子水倍率达522ml/g，自来水302ml/g，吸合成尿86ml/g。

乌兰[14]用硝酸铈铵为引发剂，通过水溶液聚合法制得了玉米淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，此高吸水性树脂在室温下30min吸蒸馏水和自来水分别为其自身重量的1000倍和200倍。

4.1.2 淀粉接枝丙烯酸类高吸水性树脂

直接使用丙烯酸、甲基丙烯酸等烯类单体与淀粉进行接枝共聚反应，不需要进行皂化，使工序大大简化（见图3），而且单体丙烯酸、甲基丙烯酸等的毒性比丙烯腈低很多，这可以简化洗涤工序。所以淀粉接枝丙烯酸类来制备吸水性树脂得到了迅速发展。

图3 淀粉接枝丙烯酸类制备高吸水性树脂工艺过程图

Heidel[15]将淀粉与中和后的丙烯酸、环己烷、脱水山梨糖醇月桂酸单酪、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、过硫酸铵和EDTA 组成悬浮液，经过加热聚合，共沸蒸馏，再和乙二醇二缩水甘油醚交联，得到高吸水性树脂。其吸水和吸合成尿的能力分别为320g/ g 和36g/ g ，5min 吸水倍率为110g/ g 和22g/ g。

乐清华等[16]经过工艺改进，取消了淀粉糊化步骤，将未糊化淀粉与丙烯酸共聚，产品性能与糊化淀粉的接枝物相比，抗腐变性和凝胶强度明显提高，且吸水能力仍可达到自重的600～800 倍。

项爱民等[17]利用微波合成了淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂，合成的树脂吸水倍率达588g/g，比同样条件下用普通方法合成的树脂吸水率480g/g高。

辜英杰等[18]充分利用辐射引发和反相悬浮聚合的优点，用60Coγ射线辐射引发反相悬浮聚合法制备的淀粉/丙烯酸钠高吸水性树脂可吸去离子水约760ml/g，自来水约200ml/g，0.9%的NaCl溶液约55ml/g。经检测发现吸液速率较快，6min内可达吸液饱和，并且在压力下保水性能良好，基本满足农业抗旱保水的需要。

4.1.3 淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水性树脂

淀粉接枝丙烯酰胺得到的产物含有酰胺基和淀粉基，是非离子型产物，直接作为吸水性树脂，耐盐性高，强度高，吸水速率快。其产物可以用氢氧化钠水溶液进行水解，可以得到两种高吸水性树脂。一种完全水解得到含有羟基、羧基的产物，这与淀粉接枝丙烯酸类产品一样，既有离子基团（-COOH），又有非离子基团（-OH），其吸水性很高；另一种部分水解，可得到含羟基、羧基、酰胺基的产物，为具有多种基团的高吸水性树脂。其吸水倍率、吸水速率、耐盐性、强度等可以通过水解情况进行调节，有可能得到性能全面、符合要求的吸水性树脂；丙烯酰胺常温下为固体，易于处理、保存、运输方便。其制备工艺如图4。

图4 淀粉接枝丙烯酰胺类制备高吸水性树脂工艺过程图

4.1.4 淀粉接枝丙烯酸酯类高

吸水性树脂

淀粉/丙烯酸酯类接枝共聚制备的超强吸水性树脂的种类很多，但由于丙烯酸酯类单体的价格远比丙烯腈和丙烯酸类高，而且制造过程（见图5）不如接枝丙烯酸简单，所以不如淀粉接枝丙烯腈类和淀粉接枝丙烯酸类那样发展迅速，但从理论方面研究其接枝反应的人很多。

图5 淀粉接枝丙烯酸酯类制备吸水性树脂工艺过程图

Prafulla等[19]以淀粉、甲基丙烯酸乙酯为原料，通过接枝共聚制备了一种可降解型高吸水性树脂，经过28 天降解约70%。

唐宏科等[20]通过化学引发法来制备淀粉接枝丙烯酸羟乙酯高吸水性树脂。最佳实验条件下，该树脂吸去离子水倍率为560g/g，吸0.9%NaCl率为62g/g。

4.2 纤维素系高吸水性树脂的制备

纤维素与淀粉相同，原料来源广，能与大量低分子反应，但天然纤维素的吸水能力不强，为了提高其性能，主要通过化学反应使其具有更强或者更多的亲水基团，但仍要保持其纤维状态，以保持其表面积大和多毛吸管性。

Yoshimura等[21]以棉花纤维素和琥珀酸酐为原料制备高吸水性树脂，吸水率为400g/g，降解性较好，自然条件下25天可基本完全降解。

Christian等[22]采用柠檬酸作交联剂，羟甲基纤维素钠和羟乙基纤维素发生交联反应来制备高吸水性树脂。其吸水率为900g/g。采用该方法来制备吸水性树脂，既可以降低成本，又可以避免产生有毒的中间体。

王丹等[23]通过向羟甲基纤维素分子上接枝丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯

化铵来制备高吸水性树脂，该树脂具有阴离子、阳离子和非离子等多种亲水基团，通过调节各组分含量及反应条件使分子中各亲水基团发挥协同效应，提高树脂的耐盐性，该两性高吸水性树脂吸去离子水1503g/g。吸生理盐水165g/g。

4.3 合成系吸水性树脂的制备

合成系高吸水性树脂指完全采用合成的分子结构形成的树脂。按种类，常用的亲水性单体有丙烯酸、丙烯酰胺等具有活性双键的物质，也有采用聚乙二醇、聚乙烯醇等亲水性高分子进行接枝共聚。合成系高分子可以根据性能需要，比较方便的调整结构，实现吸水性能。

4.3.1 聚丙烯酸类吸水性树脂的制备

Choudhary[24]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾，交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气氛围下溶解，得到待聚合液。将环己烷与正庚烷按1：1加入到反应器中来作有机连续相，然后向其通氮气除去氧气，搅拌升温到55℃，然后将待聚合液逐渐加入到反应器中，在80℃反应2h。最后聚合物用甲醇进行洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3-4h。该吸水性树脂的吸水倍率为220g/g。

陈军武等[25]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂。60min时高吸水性树脂对去离子水的吸收能力为850g/g，对人工尿为63g/g。无论去离子水或人工尿，吸水树脂均能在50min达到吸收平衡。

林松柏等[26]采用聚丙烯酸与高岭土杂化来制备高吸水性树脂，实验结果表明，高岭土的复合可显著提高材料的吸水率可达980ml/g，对生理盐水溶液的吸水率达95ml/g。高岭土的加入，有助于提高吸水性树脂吸水后形成凝胶的强度。

4.3.2 聚乙烯醇类吸水性树脂的制备

王孝华等[27]用顺丁烯二酸酐作交联剂来制备聚乙烯醇类高吸水性树脂。最佳制备条件为：顺丁烯二酸酐/聚乙烯醇=0.3，反应温度98-105℃，聚乙烯醇聚合度为1700，溶液的PH值为10左右，最佳条件下制备出来的聚乙烯醇高吸水性树脂的吸水倍率为250倍左右。

4.3.3共聚物吸水性树脂的制备

Mohan等[28]分别采用N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、1，2-乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、邻苯二甲酸二烯丙酯（DP）三种交联剂在水溶液中对甲基丙烯酸钙和丙烯酰胺进行自由基聚合来制备高吸水性树脂。

DP交联的吸水树脂因在凝胶过程中形成了弹性网络结构，所以其吸水能力要优于其他两种。Abd El-Mohdy等[29]采用60Co-γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-κC-g-PAAm高吸水性水凝胶。在最佳水解条件下(NaOH浓度为3mol/L，水解时间为60min，温度为80℃)，最大吸水倍率为704g/g。实验表明H-κC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量的淡水。

Tang等[30]采用两步聚合法来制备高吸水性树脂，首先丙烯酰胺发生聚合，然后苯胺被吸进聚丙烯酰胺网络中，单体间发生聚合。

5．高吸水性树脂的应用

高吸水性树脂作为一种有机新型功能高分子材料，其应用领域已经涉及多个行业，例如卫生用品、医药用品、农业等领域，正逐渐成为国民经济和人们日常生活中不可缺少的功能材料。

5.1 卫生用品

高吸水性树脂在生理卫生用品方面的应用是比较成熟的一个领域，也是目前最大的市场, 约占总量的80 %。如婴儿襁褓、纸尿布、失禁片、妇女卫生巾、卫生棉、止血栓、生理棉、汗毛巾等产品中都可以应用高吸水性树脂。高吸水性树脂部分代替纸浆生产妇女卫生巾和婴儿纸尿布，己受到高度评价，另外，如手术垫、手术手套、手术衣、手术棉、贴身衬衫、内裤、鞋垫等一些生理用品中也广泛用到高吸水性树脂。

以前的研究主要集中在其性能的改善，目前的研究重点主要集中在卫生材料的轻薄型、较高的接触干燥性、最低的漏出率，对皮肤无刺激，具有抗菌、杀菌作用及长时间的吸水能力和长时间使用不折皱的效果等方面。

尹国强等[31,32]采用反相悬浮聚合法合成了具有杀菌性能的高吸水性树脂，能对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等微生物菌株均有杀灭和抑制其生长的作用，树脂中季铵基团的含量越高，树脂的抗菌效果越好，大大提高了卫生保障。

5.2 农林园艺及荒漠化治理方面的应用

高吸水性树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且其在土壤中形成团粒结构，使土壤白天和晚上的温差缩小，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使肥料、农药、水缓慢释放，增强肥料、农药效果，以及大大增强了抗旱效果。

目前，高吸水性树脂在农艺园林方面的应用还非常有限，主要原因是它的成本较高而且在土壤中的吸水能力不够，反复使用性较差。高吸水性树脂在这方面的应用还具有较大的潜力，今后应重点开发高吸水、保水并能反复使用而且成本较低的高吸水性树脂。并应进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面的研究[33]。

5.3 生物医药

高吸水性树脂在生物体中的适应性已经有不少的学者进行过这方面的研究，结果表明某些合成和半合成的高吸水性物质，具有一定的生物适应性[34,35]。利用高吸水性材料具有极强的吸水性和保水性的特性，可制成和生物体含水量相近的各种组织材料，而且医药吸水性材料吸水后形成的凝胶比较柔软，具有人体适应性，如对人体无刺激性、无副反应、不发生炎症、不引起血液凝固等，这些都为其在医药上的应用创造了条件。

近年来，高吸水性树脂已被广泛应用于医药医疗的各个方面：超强吸水性材料可用于制备能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带、棉球和纱布等；用于接触眼镜、人体埋入材料、保温保冷材料等医疗用品的生产和制造中；用于制造人工玻璃体、人工角膜、人工皮肤、人工血管、人工肝脏、人工肾脏等人工器官；用于保持部分被测液的医用检验试片；用于制备含水量大、使用舒适的外用软膏：另外，高吸水性树脂还在缓释药物基材等制造中得到应用，能通过调节含水率改变药剂的释放速度，避免随时间推移，释放速度逐渐降低。

5.4 污水处理

对于富含重金属离子的工业废水，目前已有多种方法进行处理，如化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、高分子重金属捕集剂法等。利用吸附材料处理重金属离子废水是目前应用非常广泛的一种方法[36]。吸附材料包括天然物质或工农业废弃物，如沸石、木质素、海草粘土等[37]，其来源广泛，价格低廉，大大降低了重金属离子废水的处理费用；另一类是合成类高吸水性树脂，主要有聚丙烯酸盐[38,39]、丙烯酰胺[40]其改性产物等，能与多种金属离子鳌合、吸附或发生离子交换作用，作为吸附剂可有效去除工业废水中有毒重金属离子，回收贵金属离子和过渡金属离子。

6. 展望

高吸水性树脂具有众多的用途和广泛的应用领域，随着人们生活水平的提高和石油资源日益匮乏，对其要求也在不断增加，高性能化、复合化、对环境友好是其将来发展的主要方向。

6.1高性能化吸水性树脂

吸水倍率和吸水速率是高吸水性树脂的主要性能指标,但二者似乎是冲突的。离子型高吸水性树脂吸水倍率高,但吸水速率慢;而非离子型高吸水性树脂则刚好相反。二者性能均优的高吸水性树脂正是我们要开发研究的,提高吸水速率可以通过增大高吸水性树脂的比表面(粉碎或制成片状等) 和亲水基团多样化(引入非离子型亲水基团) 来改性。此外, 高吸水性树脂

是一交联的高分子电解质,吸液率受离子影响较大, 故耐盐性较差, 而实际应用中, 几乎都是在离子溶液中,为此,耐盐能力的提高也是我们急需解决的问题。目前已对其进行了一系列改性, 但性能互相抵制, 不能满足人们生产的需要。高吸水性树脂的综合性能高性能化是未来的主要发展趋势。

6.2 高吸水性复合材料

材料复合化是发展的必然, 高吸水性树脂也不例外, 为了降低成本,提高性能,出现了一系列吸水性复合材料: 高吸水性树脂可与无机物、有机物、高分子等复合, 制备出性能优良、成本较低的吸水性复合材料,如高岭土—高吸水性树脂复合材料、吸水性橡胶材料、吸水性塑料(如将高吸水性树脂与塑料或橡胶混合制成密封材料,用于隧道和地铁工程的止水材料, 该类复合材料既具有吸水特性,又具有相混材料的性质) 及吸水性纤维等。尤其是高吸水性纤维更是引人关注, 它兼化工和纺织两行业的特色,其优越的性能将使其有重大发展。

参考文献

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[2] 田义龙, 张敬平, 付国瑞. 高吸水性树脂[J ]. 塑料, 2003 , 6: 75～79.

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[8] 刘廷栋, 刘京. 高吸水树脂的吸水机理[M]. 高分子通报, 1994, 181～185.

高吸水性高分子材料

高吸水性高分子材料 具有选择分离功能的高分子材料*、高吸水性高分子材料、离子交换树脂*功能高分子材料：指在高分子链上接上带有某种功能的宫能团使其在物理、化学、生物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料。 几种功能高分子材料的应用:（）高吸水性材料亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团）旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿等**强吸水能力的功能高分子材料：如无土栽培、改良土壤、改造沙漠等。 保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。 无毒无害反复吸水、释水“微型水库”。 同时它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放增加肥效、药效。 高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。 **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较低故这类产品的吸水倍率不太高一般在～倍左右。 高吸水性树脂*《时代周刊》评出世纪最伟大的项发明其中“尿不湿”榜上有名为什么“尿不湿”能评为世纪最伟大的项发明呢最初是为谁专门设计的呢？*美国在上世纪六十年代初航天事业崛起如何解

决宇航员的排尿问题迫在眉睫华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人后来他被誉为美国“太空服之父”。 美国从起甄选的位宇航员合影太空服之父唐鑫源*“神舟”系列上天的航天员都使用了“尿不湿”航天员专用“尿不湿”克能吸收约克水吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”*“尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！现在不仅是婴幼儿使用还有供特殊成人使用的更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达以保护公共卫生。 资料显示：年英国一次性尿布销售利润达亿英镑。 设想一下我们中国这样一个人口大国利润有多么惊人！*吸水前吸水后尿不湿吸水前后的变化*你了解“尿不湿”的材料吗？它应该有什么性能？“尿不湿”起作用的物质是一种功能高分子材料具有很强的吸水能力。 它所用的材料是高吸水性树脂（常用网状结构的聚丙烯酸钠)聚丙烯酸钠如何合成？CH=CHCOOHCH=CHCOONa加交联剂得网状结构*吸水机理基于高分子电解质的离子网络理论：在高分子电解质的立体网络构造的分子间存在可移动的离子对由于显示高分子电解质电荷吸引力强弱的可移动离子浓度在高吸水性树脂的内侧比外侧高即产生渗透压。 渗透压及水和高分子电解质之间的亲和力产生了异常的吸水现象。 *实例：含羧酸钠盐的高吸水性树脂在未接触水时是固态网络与水接触后亲水基与水作用水渗入树脂内部羧酸基解离成羧酸根和Na,羧

超强高分子吸水材料的研究进展与应用

高吸水树脂的现状、发展与前景 [摘要］本文综述了超强高分子吸水材料的发展历史、现状、发展方向及应用情况，并简述了超强高分子吸水剂的分类、结构特点、吸水机理及合成原理和方法。 [关键词]超强高分子吸水剂;高吸水性树脂;研究进展 超强高分子吸水材料即高吸水性树脂，是一类新型的功能高分子材料。它具有吸水量大和保水性强两大特点,它可以吸收比自身重量高几百到几千倍的水,而且所吸入的水在适当的压力下也不会被挤出。这是传统的吸水材料如纸、海棉、泡沫塑料等所无法比拟的。 高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。60 年代初美国农业部北方研究中心的 L. Ａ. Gugliｅmelli[１]等最早开始淀粉接枝丙烯腈研究,其后同中心的G. F. Fａnta[2 ]等人接着研究,并与19６6 年首先宣布,他们制定出了淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂,并指出，这种树脂比以往的任何材料的吸水性能都要好。他们的研究结果立即引起了世界各国的广泛关注,相继开展了这方面的研究,并取得了不错的进展。美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列,到80 年代已实现了工业化生产。我国是从８0 年代才开始高吸水性树脂研的,１982 年中科院化学所［3 ]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类树脂,直至目前国内研究高吸水性树脂一直是一个热点，每年有大量的文献报道,已有专利几十项。但这些多是基础性研究,在应用研究和工业化生产方面与国外尚有很大的差距。 １高吸水性树脂的分类与特点 高吸水性树脂的种类很多,总的来说,可以分成天然高分子与合成高分子两大类． 高吸水性树脂的品种很多,但目前国内外研究与应用最多的集中在: （1) 聚丙烯酸类和淀粉接枝丙烯酸类; (2) 聚丙烯腈水解物类和淀粉接枝聚丙烯腈水解物类； (3）纤维素类; (4) 聚乙烯醇类。 其中应用最为广泛的聚丙烯酸类。 1.淀粉类 淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接枝共聚反应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的乙烯类单体。目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。 2．合成树脂系 它的种类很多，且随着研究的深入,也越来越多。主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等，其中以丙烯酸类最重要。 3.纤维系类 由于淀粉系高吸水性树脂的出现，人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。纤维原料来源广泛,能与多种低分子反应，是近十年来高吸水树脂发展的一个方面。 4．有机-无机复合高吸水性树脂 20世纪80年代Ｐaｎdｕrａnge等将高吸水性树脂与其他材料复合，发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。因此有机-无机复合材料能得到迅速的发展，并在高吸水性树脂领域占据了重要天然高分子加工产物 各类高吸水性树脂的应用广泛程度是由它们各自的特点所决定的。对于淀粉类树脂,由 于它是由极性吸水基团组成的,吸水后凝胶强度比较低,在吸水状态下会发生缓慢水解,尤其 是在光照或加热情况下，容易出现凝胶溶解现象,因而淀粉类高吸水性树脂仅适合于一次性使用。但是它无毒性,具有生物降解性,对环境无害。目前多用来制造妇女卫生巾和婴儿尿布。纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一,由于人口的增长，对粮食的需求增加,为了节约淀粉,人们对纤维素类高吸水性树脂的研究会越来越多。目前,这一类吸水树脂的吸水倍率普遍

高吸水性高分子材料

高吸水性高分子材料 高材091 姚丽琴 高吸水性高分子材料主要指高吸水性树脂，又称超级吸水剂。它与日常生活中的一些 其他的吸水剂，如：聚氨酯海绵、棉花、手纸等高分子材料不同，日常生活中的吸水剂能吸收水分最高可达自身重量的20倍，而我们这里所要介绍的超级吸水剂，是指其吸水能力至少超过自身重量说数百倍的特殊性树脂，能够表现出超强的吸水能力。 高吸水性树脂从其原料角度出发主要分为两类，即天然高分子改性高吸水性树脂和全合成高吸水性树脂。前者是指对淀粉、纤维素、甲壳质等天然高分子进行结构改造得到的高吸水性材料。其特点是生产成本低、材料来源广泛、吸水能力强，而且产品具有生物降解性，不造成二次环境污染，适合作为一次性使用产品。但是产品的机械强度低，热稳定性差，特别是吸水后性能较差，不能应用到诸如吸水性纤维、织物、薄膜等场合。淀粉和纤维是具有多糖结构的高聚物，最显著的特点是分子中具有大量羟基作为亲水基团，经过结构改造后还可以引入大量离子化基团，增加吸水性能。后者主要指对聚丙烯酸或聚丙烯腈等人工合成水溶性聚合物进行交联改造，使其具有高吸水树脂的性质。特点是结构清晰、质量稳定、可以进行大工业化生产，特别是吸水后机械强度较高，热稳定性好。但是生产成本较高，而吸水率偏低。在材料的外形结构上来说，目前已经有粉末型、颗粒型、薄膜型、纤维型等高吸水性产品，其中纤维型和薄膜型材料具有使用方便，便于在特殊场合使用的特点。高吸水性树脂由于采用原料不同，制备方法各

异，产品牌号繁多，单从产品名称上不易判断其结构归属。 高吸水性高分子材料之所以能够吸收高于自身重量数百倍，甚至上千倍的水分，其特殊结构特征起到了决定性的作用。作为高吸水性树脂从化学结构上来说主要具有以下的特点： 1）树脂分子中具有强亲水基团，如羟基、羧基等。这类聚合物分子都能够与水分子形成氢键，因此对水有很高的亲和性，与水接触后可以迅速吸收并被水所溶胀。 2）树脂具有交联结构，这样才能在与水相互作用时不被溶解成溶液。 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，因此，较高的离子性基团浓度将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，同时吸水能力也可以提高。 高吸水性树脂的性能 高吸水性树脂作为一种功能材料应用，其应用领域不同，对它的性能也有各种各样的要求。高吸水性树脂主要有以下几项性能： 1）吸水性高吸水性树脂的吸水性可从两个方面反映：一是其吸水溶胀的能力，以吸水率表示，目前报道的最大吸水率是5000 倍;另一个是其保水性。其吸水能力不仅决定于聚合物的组成，结构，形态，分子量，交联度等内在因素，外界条件对其影响也很大.高吸水性树脂吸水性的测定方法很多,有筛网法，茶袋

吸水高分子材料

神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂 随着科学技术和国民经济的发展，高分子材料已经渗透到各个领域。各种塑料制品、薄膜、人造皮革、合成橡胶、合成纤维等已经成为人们生活中不可缺少的材料。功能高分子材料是20世纪60年代发展起来的新型领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。 功能高分子有时也称为精细高分子或特种高分子，至今还没有一个准确的定义，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。 高吸水性树脂就是一种新型的功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，最高可以达到5300倍的水，即使挤压也很难脱水，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。 高吸水性树脂的种类很多，所用原料及工艺方法也各不相同。主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接校共聚物类等，此外还有与橡胶共混的复合性吸水材料。在上述各种类型中，研究开发较多的为聚丙烯酸酯类。该树脂系以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。由于工艺较为简单，易于操作，制得的树脂吸水率高，生产成本较低，因此发展非常迅速。 高吸水性树脂是一种白色或徽黄色、无毒无味的中性小颗粒。它与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通过化学作用吸水的。所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水，因此可用作农业、园林、苗不移植用保水剂。在蔬菜，花卉种植中，预先在土壤中撒千分之几的高吸水性树脂，可使蔬菜长势旺盛，增加产量。在植树造林中，各种苗木移植期间往往因为保管不善而干枯死亡。如果将刚出土的苗木用高吸水性树脂的水凝胶液进行保水处理，其成活率可显著提高。有人做过山茶花、珊瑚树的移植试验。经保水处理的成活率达百分之百，而未作处理的成活率很低或全部死亡。高吸水性树脂还可作为种子涂覆剂，在飞播造林、入早草原方面大显身手。 高吸水性树脂除具有吸水量高，保水性好、吸水性快，吸氨力强、无毒副作用等特点外，其最突出的特点是它与苯、甲苯、丙酮、乙醚、甲醇、乙醇、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、醋酸等化学试剂混合时，可使试剂脱水，却不与试剂发生化学反应。它吸收试剂中的水份后，变成一种凝胶状的物质。如果把吸足水份的保水剂分离出来，烘干后可重复使用。高吸水性树脂用于化工生产，可大大提高各种化学试剂的浓度、纯度和产品的质量。它可以取代化工生产中的精馏塔，从根本上改革生产工艺，大大降低了生产成本，经济效益十分可观。 高吸水性树脂，可以做成吸血纸，代替医用药棉。坯可加工成妇女卫生巾、婴幼儿纸尿布、纸手帕以及纸餐巾等。妇女卫生巾携带方便，卫生、柔软舒适，

材料的吸水性与沉浮

材料的吸水性与沉浮 教材分析： 材料的吸水性与沉浮本来是安排在两个课时，我将教材进行了整合，本节课先研究材料的吸水性与沉浮这两个重点知识，并了解纸和木头的特性，将它们进行对比研究，从对比中掌握知识的联系。下节课再研究造纸过程，自己动手造纸、自然资源的再利用与保护。教学目标： 知识与技能：认识吸水性与沉浮能力是材料的重要的物理性质。（物理性质可以用来描述材料；物体的吸水性与在水中的沉浮与构成的材料有关） 过程与方法：能用简单的方法检测材料的物理性质，并通过观察、比较发现材料不同物理特性。 能用适当的词语定性描述材料。 情感态度价值观：培养学生对物质世界的探究兴趣。 教学重、难点： 认识吸水性与沉浮能力是材料的重要的物理性质 教学准备： 为每组准备水槽、水、放大镜、滴管、红墨水、塑料、金属、纸、木头（各三种，一种片状，另两种大小、形状不同的实心物品）；课件 教学过程： 一、材料的吸水性 1、创设情境（音乐：啦啦歌） 师：各位观众朋友大家好，这里是材料大PK的现场，欢迎来到由萸江学校冠名播出的“材料大PK”，我是主持人王玲。掌声有请今天的参赛选手闪亮登场，让我们一起喊出它们的名字好吗——（生：纸、塑料、木头、金属）。到底谁能成为今天“材料大PK”的冠军呢，让我们拭目以待。 2、演示实验 下面让我们进入第一轮PK ,PK的内容是，一起说——材料的吸水性。比赛规则：谁的吸水性最强，谁就获胜。 师：请大家仔细观察水滴的变化和材料遇水的变化，你会有怎样的发现。 师：你发现了什么？ 生：纸的吸水性最强。（评价：你的表述很科学、很精准，第一颗智慧星送给你。）师：谁还有不同的发现？ 木头也可以吸水（在科学上叫渗透，与纸相比，它的吸水性稍弱），金属和塑料不吸水。（评价：你们都有一双会发现的眼睛） 师：我们一起来完成表格。（师板书：吸水性、强、弱、无、无）

大班科学教案《不同布的吸水性》

大班科学教案《不同布的吸水性》 【设计意图】 初夏雨水多，阳光烈，伞是幼儿经常接触的物品，他们通常对伞都很感兴趣。借此机会，可以让孩子了解伞面是利用不吸水的布制成的，让幼儿通过实验了解不同布的吸水性，从而理解伞面的制作道理。鼓励幼儿积极主动地运用自己掌握的生活经验解决生活中的实际问题，并能通过实验检验自己或别人的假设。 【活动目标】 1、通过实验初步感知不同布的吸水性不同。 2、发展观察力和动手操作能力，激发对生活现象的好奇心。 3、培养幼儿对科学现象进行探索的兴趣。 4、充分体验“科学就在身边”，产生在生活中发现、探索和交流的兴趣。 【活动准备】 1、各种质地的布块若干(棉布、纱布、绒布、尼龙布、麻布、塑料布等)及眼药水瓶若干。 2、挂图。 【活动过程】 1、幼儿猜猜：换别的布做伞面，行不行? 2、幼儿分组观察各种布的区别。引导幼儿用眼睛看(颜色)，用手摸一摸(厚薄、软硬、粗细)，使劲拉一拉，听听它们会发出

什么样的声音。请幼儿说一说自己都观察到了什么，有什么想法。 3、教师用棉布实验，将水滴在上面。 (1)操作之前请幼儿猜猜：水滴上去后会怎样?有没有变化?有什么样的变化? (2)教师将水滴上去之后，请幼儿观察，用语言总结变化。(如：水透进布里去了;布把水吸进去了;有水的地方变湿了等。) 4、请幼儿猜想一下，如果用眼药水瓶滴水在其他布的表面上，会发生什么变化。有能力的幼儿可以说一说判断的根据。 5、幼儿分组动手操作，教师观察、协助、指导。 将水滴在不同布的表面，看看水滴在不同材料的表面是如何改变的。是停留在一个地方还是散开;是停留在表面还是渗透进去。如果能渗透，比较一下在哪种材料上渗透得快，在哪种材料上渗透得慢。再多滴几滴试一试。滴完水后，可以用手在材料上摸一摸，压一压，比较不同材料有什么不同的感受。幼儿交流自己操作时观察到的情况和想法。 6、讨论：哪一种材料吸水性好?哪一种材料吸水性较差?按其吸水性由强到弱的顺序排列一下。选出吸水性最好的和最差的材料，比较它们在外观形态、软硬程度和表面的触感上有什么不同。 7、想一想：吸水性强的布与吸水性差的布各有什么作用?我们的身边和生活中是否有使用这种材料的布做成的东西?为什么会使用它们?(比如：为什么用软的吸水性好的布做毛巾、手帕?

材料的性质——吸水性

第六课：《材料的性质》第一课时 教学设计 一、教学容 粤教版小学三年级科学下册面第六课《材料的性质》第一课时 二、教学目标 1、科学知识目标： （1）能够运用对比实验的方法，观察比较不同材料吸水性不同。 （2）初步感知材料的特性与用途之间的相互关系。 2、能力培养目标： （1）初步学会用简单的表格做简单的定量记录。 （2）懂得设计和制作一些实用的物品。 3、情感态度价值观目标： （1）体会与人合作的重要性，乐于与人合作。 （2）培养尊重事实的科学态度。 三、教材分析 教学重点、难点： （1）能够运用对比实验的方法，观察比较不同材料的吸水性不同。 （2）知道吸水性不同的材料有不同的用途。 教学准备： （1）搜集不同物质的资料。 （2）教学课件。

四、教学方法：讲授法，分组实验。 五、教学过程 （一）情境导入 师：老师家里养了一盆可爱的盆景植物，需要每天浇水，可是老师全家要外出旅游几天。谁能帮老师想想办法，别让我心爱的盆景植物因缺水而枯死？ 生：叫邻居帮忙浇水！ 师：这也是个好办法，但老师不想这么一点小事也要麻烦别人。 生：做一个“自动浇水器”。 师：这个主意不错，你是怎么想到的？ 生：从课本上看到的。 师：你真是个爱学习的好孩子。老师也从我们的科学课本看见了这样一个装置，叫做自动浇水器，就在课本的34页。（引导出P34的“自动浇水器”。出示课件） （二）教学新课：认识“自动浇水器” 老师也仿照课本做了一个“自动浇水器”出示装置。 师：仔细观察，回答问题：水是从通过什么流向植物的呢？ 生：通过那条绳子。 师：对，水就是通过这条绳子流向植物的，这条绳子在这个装置里起到了桥梁作用，我们把它叫做水桥。（板书） 师：同学们你们对这个自动浇水器还有什么疑问吗？ 生：水桥为什么能让水流向植物的呢？（如果换另外一种材料做

第1章 材料的基本性质复习题答案

第一章土木工程材料的基本性质习题参考答案 一名词解释 1.密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 2.表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。 3.软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。 二填空题 1.材料的吸湿性是指材料在_潮湿空气中吸收水分的_的性质。 2.材料的亲水性与憎水性用__润湿边角来表示，材料的吸湿性用_含水率_ 来表示。材料的吸水性用_吸水率_来表示。 3.同种材料的孔隙率越_小_ ，其强度越高。当材料的孔隙一定时，_密闭孔隙越多，材料的保温性能越好。 4.材料的耐水性是指材料在长期_水_ 作用下，_强度_ 不显著降低的性质。材料的耐水性可以用_软化系数表示，该值越大，表示材料的耐水性_越好。 三判断题 1.材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。（√） 2.在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。（×） 3.材料比强度越大，越轻质高强。（√） 4.材料的导热系数越大，其保温隔热性能越好。（×） 5.材料的孔隙率越小，密度越大。（×） 6.材料受潮或冰冻后，其导热系数都降低。（×） 7.渗透系数K越大，表示材料的抗渗性越好（×）。 8.软化系数不大于1。（√） 9.具有粗大孔隙的材料，其吸水率较大；具有细微连通孔隙的材料，其吸水率较小。（×） 10.某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。（×） 四选择题 （1）孔隙率增大，材料的_ B 降低。 A 密度 B 表观密度 C憎水性 D抗冻性 （2）材料在水中吸收水分的性质称为_ A 。 A 吸水性 B 吸湿性 C耐水性 D渗透性 （3）有一块砖重2625g，其含水率为5% ，该湿砖所含水量为_ D ___。 A 131.25g B 129.76g C 130.34g D 125g （4）通常材料的软化系数为_ B _时。可以认为是耐水的材料。 A ＞ 0.95 B ＞ 0.85 C ＞ 0.75 D ＞0.65 （5）颗粒材料的密度为ρ，表观密度为ρ0，堆积密度ρ0 '，则存在下列关系__A __。 A. ρ＞ρ0＞ρ0 ' B. ρ＞ρ0'＞ρ0 C. ρ0＞ρ＞ρ0 ' D. ρ0＞ρ0 '＞ρ （6）材料吸水后，将使材料的_ D ___提高。

高吸水性塑料

高吸水性塑料 一、高吸水性塑料的特点 传统的吸水性材料为棉、纸及海绵等，其吸水能力一般只用自重的 20 倍以下，且保水性不好，稍微 加压即可挤出。 高吸水性塑料为分子中含有羟基等强吸水基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。从其定义中可 以看出，高吸水性塑料必须具备两个条件：一是分子内含有大量的强吸水性基团，二是大分子链之间必须 有适当的交联度。 高吸水性塑料的吸水特点如下。 (1)吸水率高 高吸水性塑料最高可吸收自重千倍以上的水分，通常其吸水率为 100～1000 范围内，如 此高的吸水率是其他任何材料达不到的。 (2)保水性好 高吸水性塑料具有优异的保水性能，即其吸入的水加压也不易挤出。这主要是因为高吸 水性塑料的吸水机理与传统吸水材料不同，水分子同大分子链之间不是简单的物理吸附，而是与大分子中 的羟基形成氢键，并变成高分子凝胶。高吸水性塑料的保水性与纸浆比较如表所示。 不同吸水材料的保水性 吸水率/% 吸水材料 0 4.5MPa 16MPa 塑料 纸浆 500 18 430 2 380 1 (3)与人体相容性好 高吸水性塑料吸水后在适度交联的三维空间中含有大量水， 这与人体的生物组织 十分接近，具有优良的溶质透过性、组织适应性及抗血栓性，本身又柔软适度。因此，在与人体接触时， 具有极好的生理相容性，适用于制作与人体接触的吸水材料。 (4)吸氨性好 高吸水性塑料是含有羧基的阴离子聚合物，适当调节其 pH 值，便部分羧基呈酸性即可 吸氨，从而使其具有除臭的特点，非常适用于制作卫生巾和尿布。 高吸水性塑料最早于 1975 年由美国谷物加工公司开发其品种为淀粉接枝丙烯腈共聚物。由此引起人 们对高吸水性塑料的广泛关注，并相继开发出许多品种，性能得到不断改进。目前，高吸水性塑料已成功 地应用于婴儿尿布、妇女卫生巾、农业、园艺及建筑中。 二、常用的高吸水性塑料 常用的吸水性塑料包括：天然高分子改性材料、聚丙烯酸系列材料、聚丙烯腈系列材料、聚乙烯醇系 列材料及其他吸水材料等，具体介绍如下。 1、天然高分子改性吸水塑料 天然高分子材料有淀粉、纤维素等。 (1)天然高分子接枝改性吸水材料 ①淀粉接枝改性吸水材料 这是最早开发的高吸水性塑料材料。常用的品种为淀粉接枝丙烯腈共聚 物，其缺点为耐热性不好，长期保水性也不高。 ②纤维素接枝吸水材料 纤维素可与丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸及氯乙酸等接枝制成高吸水性材料。 例如，纤维素与氯乙酸的接枝共聚物进行交联后即为纤维素吸水材料 CML，它吸水性虽不高，但成纤性 好。 (2)天然高分子羧甲基化吸水材料 纤维素、淀粉等多糖类高分子材料中的羟基经过羧甲基化改性后， 即可制成高吸水性塑料，其中以纤维素类最为常用。 例如，用羧甲基置换度为 0.6 左右的纤维素，加热交联或用环氧氯丙烯、乙二醇二缩水甘油醚等交联 剂交联可制成高吸水性塑料。 再如，将淀粉在环氧氯丙烷中预先交联，再将交联物羧甲基化，便得到高吸水性塑料。

保水剂是一种吸水能力特别强的功能高分子材料

保水剂是一种吸水能力特别强的功能高分子材料,无毒无害,反复释水、吸水。因此农业上人们把它比喻成?微型水库#。同时它还能吸收肥料、农药,并缓慢释放,增加肥效、药效,广泛用于农业、林业、园艺建筑材料等方面。(1)提高成活率。幼苗移栽时由于根部失水,导致城市绿化的成活率只有60%~90%,而道路边坡绿化更低至30%~60%。尤其是名贵苗木或古树长途移栽,死一株都损失惨重。如用本剂将幼苗蘸根后运输、定植,可周转几天根部不失水,成活率高达98%~100%。尤其可反季节种草植树、随时建植绿化。(2)解决没法浇水或浇水投入大的问题。保水剂用后仅需很少的雨水或浇灌水,即可长期保持根部恒湿,解决全年浇水问题。大多数植物可连旱2~3个月而不需浇水,减少浇水次数5~10倍,节省养护成本60%以上。相对铺设管道、或每天用洒水车养护、耗费水源、以及高昂的工资和水价而言,既省钱省力,绿化效果又好。(3)节省运输成本。很多苗木移栽需带土球,造成运量少且运费高,如去掉土球用本剂将幼苗蘸根后运输,可极大地增加运量而减少运费,节约运输成本40%以上。(4)节肥省药。可将几种水溶性氮肥、生长素和根用药剂等,水溶后吸到本剂中,即成为肥药缓释剂,使肥药不流失,达到均衡供水、施肥、给药三重效果。尤其是高档花卉用的生物菌肥,因需要封潮湿才能促使菌体活化繁殖,如与本剂复合施用,即为菌肥促活剂,能显著提高肥药效、又节省肥药用量。(5)绿化见效快。本剂始终保持根土恒湿均衡供水,同时吸溶肥料,使植株长期水肥充足,从而保持长势旺盛,绿化效果立竿见影,提高绿化效果60%以上。(6)低本高效。本剂用量很少,使用一次的成本仅0.1~0.8元/m2,而且用一次长久有效。这点投入仅从上述?提高成活率#中即可完全抵消,一般还有盈余。(7)用途广泛。适用于城市绿化中的花草灌木、景观乔木、盆景花坛、租摆植物、社区公园绿地、球场草地、无土栽培、透明观根花卉、楼顶绿化植被和道路护坡绿化等

高吸水性材料

高吸水性材料的研究 来源：中国论文下载中心[ 09-04-16 15:26:00 ] 作者：孙静编辑：studa20 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： Q3/5=[（i/2V uS﹡1/2）2+(1/2-x1)/V1]/（V e/V o） 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。树脂的疏水基团部分由于疏水基团作用而易于折向内侧，形成不溶性的粒状结构，疏水基团周围的水分子形成与普通水不同的结构水。［7］ 2、高吸水性树脂的制备方法 2.1淀粉型高吸水性树脂的制备 2.1.1淀粉接枝共聚 合成淀粉型高吸水性树脂，所使用的原料为淀粉和单体。此外还利用引发剂（或催化剂）、交联剂、碱、分散剂、表面活性剂、洗涤剂等助剂。

生活中的化学一高吸水性树脂神奇的功能高分子材料

生活中的化学（一） 蔫吸承辑籍詹——神奇的功能高分子材料 文／张善玲 高吸水性树脂就是一种新型的功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，最高可以达到５３００倍的水，在一般的压力下不会脱水，而在干燥空气中水分能缓慢地释放出来并具有相当的凝胶强度。被冠予“超级吸附剂”的桂冠。 高吸水性树脂是一种白色或微黄色、无毒无味的中性小颗粒。它与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通过化学作用吸水的。所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水。 你知道吗？在蔬菜，花卉种植中，预先在土壤中撒千分之几的高吸水性树脂，可使蔬菜长势旺盛，增加产量。在植树造林中，各种苗木移植期问往往因为保管不善而干枯死亡。将刚出土的苗木用高吸水性树脂的水凝胶液进行保水处理，其成活率可显著提高。 你知道吗？高吸水性树脂，可以做成吸血纸，代替医用药棉。坯可加工成妇女卫生巾、婴幼儿纸尿布、纸手帕以及纸餐巾等。妇女卫生巾携带方便，卫生、柔软舒适，婴幼儿纸尿布可以一夜不换。做成纸尿袋可使某些在公共场所无厕可入的人解除尿胀难忍的痛苦，某些老年人因肾功能衰退， 小便频繁或因伤残行动不便的人，使用纸尿袋更为方便。 这就是高吸水性树脂的神奇之处，这就是化学的无处不在。全世界高吸水性树脂的总生产能力已经超过１４０万吨／年，德国巴斯夫公司是目前世界上最大的高吸水性树脂生产公司。全世界对高吸水性树脂的总需求量约为１００万吨／年，且有逐年增加的趋势。由于东南亚地区、中南美国家、东欧以及世界其他地区使用婴幼儿或成人用纸尿裤和卫生巾的普及率日益扩大，对高吸水性树脂的市场需求量迅速增加，致使高吸水性树脂的生产厂商相继展开扩产或国际化生产的策略。美国每年高吸水性树脂消费量约占世界高吸水性树脂消费总量的３２％，西欧的消费量约占总消费量的２３％，日本的消费量约占总消费量的１ｏ％，其中约有一半以上是使用于婴幼儿纸尿裤上，其他在园艺、食品、土木、建筑等领域中的用途也日益扩大，其他地区的总消费量约占３４％。２００５年，全世界对高吸水性树脂的需求量将达到了１２０万吨，消费年均增长率约为４－％～５％。 我国高吸水性树脂的消费量约为３．５万吨／年，其中个人卫生用品（卫生巾、婴儿纸尿布等）消费量最大，其次是农林和其他方面。 《贤文与股市》ｆ⑥＠⑤＠ 《增广贤文》（简称“贤文”）是我国传统文化的重要组成部分，在我国流传了几百 年，对国民的教育影响深远。尽管有着西方文化的入侵，“五四”运动的冲击和“十年 文革”的浩劫，但《贤文》依然有着强大的生命力，许多人可能没有专门研究过《贤 文》，但通过长辈和老师的传播，许多精典的《贤文》语句经常由人们的口头或书面传 播。有的还熟烂于胸、耳熟能详。比如：“近水楼台先得月，向阳花木早逢春”、“与君 一席话，胜读十年书”、“若要人不知，除非己莫为”等等。《贤文与股市》运用了许多 《贤文》上的典故，如孔予、汉武大帝、诸葛亮、司马迁、范仲淹等历史名人的故事， 本书还选取了近年来发生的湖北杀妻冤案、美国安然倒闭、辽宁盘锦神童上大学、尚 福林主席召开记者招待会等人们普遍关注的重大事件，并结合当时的股市事件，对监管 部门、证券公司、上市公司、证券咨询公司、证券媒体及股民存在的问题从不同的角度或针砭、或批评、或提示、或赞扬。 本书为我国当今浮躁的股市吹入了一丝清风，让股民、券商、上市公司高管、监管人员、媒体记者等股市参与者从另外一 个角度来认识股市人生，体会我国传统文化的强大生命力，会令读者从中受到启迪。 化Ｊ彳卵２００６．５ｏ　万方数据

超强高分子吸水材料研究报告进展与应用

高吸水树脂的现状、发展与前景 ［摘要］本文综述了超强高分子吸水材料的发展历史、现状、发展方向及应用情况，并简述了 超强高分子吸水剂的分类、结构特点、吸水机理及合成原理和方法。 ［关键词］超强高分子吸水剂。高吸水性树脂。研究进展 超强高分子吸水材料即高吸水性树脂，是一类新型的功能高分子材料。它具有吸水量大和保水性强两大特点，它可以吸收比自身重量高几百到几千倍的水，而且所吸入的水在适当的压力下也不会被挤出。这是传统的吸水材料如纸、海棉、泡沫塑料等所无法比拟的。高吸水性树脂的研究与开发只有几十年的历史。60年代初美国农业部北方研究中心的 L. A. Gugliemelli［1 ］等最早开始淀粉接枝丙烯腈研究,其后同中心的G. F. Fanta［2 ］等 人接着研究，并与1966年首先宣布，他们制定出了淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，并指出,这种树脂比以往的任何材料的吸水性能都要好。他们的研究结果立即引起了世界各国的广泛关注,相继开展了这方面的研究，并取得了不错的进展。美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列，到80年代已实现了工业化生产。我国是从 80年代才开始高吸水性树脂研的,1982年中科院化学所［3 ］在国内最先合成出聚丙烯酸钠类树脂，直至目前国内研究高吸水性树脂一直是一个热点，每年有大量的文献报道，已有专利几十项。但这些多是基础性研究在应用研究和工业化生产方面与国外尚有很大的差距。 1高吸水性树脂的分类与特点 高吸水性树脂的种类很多，总的来说,可以分成天然高分子与合成高分子两大类. 高吸水性树脂的品种很多，但目前国内外研究与应用最多的集中在： (1＞聚丙烯酸类和淀粉接枝丙烯酸类。 (2＞聚丙烯腈水解物类和淀粉接枝聚丙烯腈水解物类。 (3＞纤维素类。 (4＞聚乙烯醇类。 其中应用最为广泛的聚丙烯酸类。 1 ?淀粉类 淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接枝共聚反应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的乙烯类单体。目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。 2.合成树脂系 它的种类很多，且随着研究的深入，也越来越多。主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等，其中以丙烯酸类最重要。 3.纤维系类 由于淀粉系高吸水性树脂的出现，人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。纤维原料来源广泛，能与多种低分子反应，是近十年来高吸水树脂发展的一个方面。 4.有机-无机复合高吸水性树脂 20世纪80年代Pa ndura nge等将高吸水性树脂与其他材料复合，发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。因此有机 -无机复合材料能得到迅速的发展，并在高吸水性树脂领域占据了重要天然高分子加工产物 各类高吸水性树脂的应用广泛程度是由它们各自的特点所决定的。对于淀粉类树脂，由于它是由极性吸水基团组成的，吸水后凝胶强度比较低，在吸水状态下会发生缓慢水解，尤其是在光照或加热情况下，容易出现凝胶溶解现象，因而淀粉类高吸水性树脂仅适合于一次性使用。但是它无毒性，具有生物降解性，对环境无害。目前多用来制造妇女卫生巾和婴儿尿布。纤维素是地球

高吸水性材料应用及研究进展

高吸水性材料应用及研究进展 包装工程PACKAGINGENGINEERINGV o1.28No.122007.12 高吸水性材料应用及研究进展 田春雷,刘振宇,武洪文 (1.军械工程学院,石家庄050003;2.武汉军械士官学校,武汉430075) 摘要:介绍了高吸水性材料的发展历程,分析了该材料的吸水机理,总结了各类吸水材料的特 点,并在此基础上,介绍了目前国内相关技术的研究进展状况.最后,结合国内高吸水材料的发展状 况,提出了该类材料的研究方向. 关键词:高吸水性材料;应用现状;研究进展 中图分类号:TQ314.2文献标识码:A文章编号:1001—3563(2007)12—0270—03 ApplicationandRecentProgressonSuperabsorventMaterial TIANChun-lei,Zhen-yu,WUHong-wen (1,OrdnanceEngineeringCollege,Shijiazhuang050003,China;2.WuhanOrdnanceTopSe rgeantSchool,Wuhan430075,China) Abstract:Thedevelopmentprocessofsuperabsorbentwasintroduced.Theworkingmechan ismofthis materialwasanalyzed.Aftersummarizedthecharactersofalltypeofwater-absorbent,therec entsituationof studycarriedoutincorrelativetechnologyinourcountrywasintroduced.Thedevelopingtren dsofthismate- rialwereputforward. Keywords:superabsorbent;applicationstatus;researchprogress 高吸水性材料(superabsorbent简称SAR)又称超强吸水 剂,是近年来国内外开发的一种新型功能高分子材料.其分子 链中带有亲水性基团,交联密度低,是不溶于水的高水膨胀性

研究纸的吸水性实验 实验材料

研究纸的吸水性实验实验材料：长宽厚相同的各种纸、胶水、尺子、水槽、水。 实验步骤：1、将各种纸条依次粘在尺子上。 2、把尺子水平放在水槽上方，使各种纸同时浸入水中。观察哪种纸爬升的水渍高， 哪种纸的吸水性好。实验现象：餐巾纸爬升的水渍最高，牛皮纸次之，报纸第三，作业纸和A4纸爬升的水渍都低。实验结论：不同纸的吸水性、坚硬程度、粗糙程度不同。 注意事项：要通过对比实验来研究。 水的沸腾实验 实验材料：铁架台、圆底烧瓶、酒精灯、温度计、彩笔、表 实验步骤：1、在铁架台的铁圈上放一个盛水的烧瓶。2、吊一个温度计，使液泡刚刚浸入水中。3、用酒精灯加热，记录水温的变化。 实验现象：水的温度逐渐升高，水里产生大量气泡，达到一定温度，水不停翻滚，产生大量水蒸气，继续加热，温度不会再上升。 实验结论：把水加热到一定温度，水会迅速变成水蒸气并不停翻腾起来，这种现象叫沸腾。注意事项：实验中，要注意温度计液泡不要触到烧杯壁和杯底，且要完全浸入水中。使用酒精灯要注意安全。 水的凝结实验 实验材料：两个烧杯、玻璃片、小瓷盘、酒精灯、木夹、火柴、热水。 实验步骤：1、把两个烧杯装上同样多的温度相同的水。 2、将小瓷盘用酒精灯均匀加热。然后将玻璃片和小瓷盘同时盖在烧杯上。 实验现象：冷玻璃片上会出现小水珠，小瓷盘上不会出现小水珠。 实验结论：水蒸气遇冷可以变成液态的水，这种现象叫做凝结。 注意事项：使用同样多的热水，同时盖玻璃片。 研究纸的吸水性实验实验材料：长宽厚相同的各种纸、胶水、尺子、水槽、水。 实验步骤：1、将各种纸条依次粘在尺子上。 2、把尺子水平放在水槽上方，使各种纸同时浸入水中。观察哪种纸爬升的水渍高， 哪种纸的吸水性好。实验现象：餐巾纸爬升的水渍最高，牛皮纸次之，报纸第三，作业纸和A4纸爬升的水渍都低。实验结论：不同纸的吸水性、坚硬程度、粗糙程度不同。 注意事项：要通过对比实验来研究。 水的沸腾实验 实验材料：铁架台、圆底烧瓶、酒精灯、温度计、彩笔、表 实验步骤：1、在铁架台的铁圈上放一个盛水的烧瓶。2、吊一个温度计，使液泡刚刚浸入水中。3、用酒精灯加热，记录水温的变化。 实验现象：水的温度逐渐升高，水里产生大量气泡，达到一定温度，水不停翻滚，产生大量水蒸气，继续加热，温度不会再上升。 实验结论：把水加热到一定温度，水会迅速变成水蒸气并不停翻腾起来，这种现象叫沸腾。注意事项：实验中，要注意温度计液泡不要触到烧杯壁和杯底，且要完全浸入水中。使用酒精灯要注意安全。 水的凝结实验 实验材料：两个烧杯、玻璃片、小瓷盘、酒精灯、木夹、火柴、热水。 实验步骤：1、把两个烧杯装上同样多的温度相同的水。 2、将小瓷盘用酒精灯均匀加热。然后将玻璃片和小瓷盘同时盖在烧杯上。 实验现象：冷玻璃片上会出现小水珠，小瓷盘上不会出现小水珠。 实验结论：水蒸气遇冷可以变成液态的水，这种现象叫做凝结。 注意事项：使用同样多的热水，同时盖玻璃片。

高分子吸水树脂SAP

高分子吸水树脂SAP剖析 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。与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。 高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。 高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。 1.国外状况

高吸水性材料

水溶性高分子材料是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。它具有性能优异、使用方便、有利环境保护等优点，广泛应用于国民经济的各个领域。 1 天然水溶性高分子 天然水溶性高分子以植物或动物为原料，通过物理的或物理化学的方法提取而得。许多天然水溶性高分子一直是造纸助剂的重要组分，例如常见的有表面施胶剂天然淀粉、植物胶、动物胶（干酪素）、甲壳质以及海藻酸的水溶性衍生物等。 2 半合成水溶性高分子 这类高分子材料是由上述天然物质经化学改性而得。用于造纸工业中主要有两类：改性纤维素（如羧甲基纤维素）和改性淀粉（如阳离子淀粉）。 3 合成水溶性高分子 此类高分子的应用最为广泛，特别是其分子结构设计十分灵活的优势可以较好地满足造纸生产环境多变及造纸工业发展的要求。 3.1聚丙烯酰胺（PAM） 在工商业中凡含有50% 以上丙烯酰胺单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺，是一种线型水溶性高分子，是造纸工业应用最为广泛的品种。 PAM用于造纸领域一般是相对分子质量为 )100～500 万的产品，其主要应用有两个方面：即纸张的增强剂和造纸用助留剂和助滤剂。低于上述相对分子质量的PAM( 可作为分散剂，改善纸页抄造匀度，高于者可作为造纸废水处理用絮凝剂。 聚丙烯酰胺本身是中性材料，几乎不能被纸浆吸附，也不可能发挥作用，因此需要在其结构中导入一个电性基团。视电性基团的类型不同，聚丙烯酰胺产品有阴离子、阳离子、两性离子等。 3.1.1 阴离子聚丙烯酰胺（APAM） 当导入羧基时可获得阴离子聚丙烯酰胺。由于与纸浆纤维上负电性相斥，因此在应用时必须加入造纸矾土作为阳离子促进剂。这种应用不但麻烦，而且无法实现中性抄纸技术带来的经济效益。据统计，国外造纸工业 90 年代 APAM( 的应用比例已由 60% 下降到30% ，而阳离子聚丙烯酰胺却由 20% 急速上升到50%以上。

材料的性质-——吸水性

材料的性质-——吸水性

第六课：《材料的性质》第一课时 教学设计 一、教学内容 粤教版小学三年级科学下册面第六课《材料的性质》第一课时 二、教学目标 1、科学知识目标： （1）能够运用对比实验的方法，观察比较不同材料吸水性不同。 （2）初步感知材料的特性与用途之间的相互关系。 2、能力培养目标： （1）初步学会用简单的表格做简单的定量记录。 （2）懂得设计和制作一些实用的物品。 3、情感态度价值观目标： （1）体会与人合作的重要性，乐于与人合作。 （2）培养尊重事实的科学态度。 三、教材分析 教学重点、难点： （1）能够运用对比实验的方法，观察比较不同材料的吸水性不同。 （2）知道吸水性不同的材料有不同的用途。 教学准备： （1）搜集不同物质的资料。 （2）教学课件。

水桥行吗？水桥是什么材料做成的？……） 师：你们真是爱思考的孩子！水桥为什么能让水从水瓶流向植物的呢？那一根绳子为什么不会滴水呢？我们做一个对比实验，看看这两根绳子究竟有什么不同的性质？ （三）演示实验：证明不同材料的吸水性不同 （1）出示两条不同材料的绳子，让同学们观察他们的粗细、长度是否相同。 （2）出示两支试管，让同学们观察里边的水是不是一样多。 （3）把两条绳子分别放入两支试管浸没与水中十秒以上。 （4）取出绳子，比较两只试管里边水位的下降情况。 问题：你观察到了什么现象？ 生：A试管水位下降了 师：为什么试管里的水位下降了？ 生：水被吸到绳子里了 结论：两种材料的绳子的吸水能力不同，也就是说他们的吸水性不同，A绳子吸的水多，也就说它的吸水性（强）。B绳子吸的少，也就说它的吸水性（弱）。 自动浇水器是怎么工作的呢？出示课件，工作原理 师：你认为做水桥的材料应该用吸水性强的还是弱的？ 生：吸水性强的。太棒了！（板书） 老师给你们准备了四种材料的绳子，你们想不想自己证明一下他们吸水性的强弱呢？