选择分离功能高分子材料.ppt

阴离子絮凝剂主要有聚丙烯酰胺和它的部分水解产物或是丙烯酰胺的共聚物。此外，还有聚苯乙烯磺酸钠等。 b. 阳离子絮凝剂。 阳离子絮凝剂一般是在侧基或支链上带有正电荷的阳离子聚电解质，如高分子量聚丙烯酰胺的改性产物。此外，吡啶衍生物也可通过聚合或与其它单体共聚获得性能良好的阳离子絮凝剂。 近年来， 还发展了在高分子主链上具有正电荷的阳离子聚电解质。这类聚电解质分子量不太高，一般在10万以下，但却具有很好的絮凝作用。聚季胺盐高分子就属于这类絮凝剂。它是由二元胺与二元卤烷经缩聚反应制得的。 由于水中悬浮的物质大多是带负电的，所以阳离子絮凝剂除了有吸附架桥作用外，还有中和电荷的作用。 d. 聚环氧乙烷系树脂。 聚环氧乙烷交联得到的高吸水性树脂虽然吸水能力不高（为自身重量的几十倍），但它是非电解质，耐盐性强，对盐水几乎不降低其吸水能力。 e. 其它非离子型合成树脂 近年来开发出了以羟基、醚基、酰胺基为亲水官能团的非离子型高吸水性树脂。如将聚乙烯醇水溶液辐射交联，得到含羟基的吸水性树脂；将丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺的水溶液辐射交联或用引发剂引发聚合，获得了酰胺基非离子型吸水性树脂。这类树脂吸水能力较小，一般只能达到50倍。它们通常不作为吸水材料用，而是作为水凝胶用于人造水晶体和酶的固定化方面。 3.2高吸水性树脂的分子结构和吸水机制 如上所述，多数高吸水性树脂实际上是具有一定交联度的高分子电解质。美国科学家Flory对它的吸水机理进行了研究，认为可用高分子电解质的离子网络理论来解释，即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的浓度，在高吸水性树脂的内侧往往比外侧高，即产生渗透压。 正由于这种渗透压及水和高分子电解质之间的亲合力，从而产生了异常的吸水现象。例如，含有羧酸钠盐的高吸水性树脂在未接触水时是固态网束，与水接触后亲水基与水作用，水渗入树脂内部，羧酸钠基解离为羧酸根和迁移性反离子Na+，羧酸根离子不能向水中扩散，Na+也不能自由渗入水中， 这样就造成网络结构内外产生渗透压，使水分子进一步渗入树脂网结构内部，这样高分子链间出现纯溶剂区，部分Na+向纯溶剂区扩散，导致高分子链上带净电荷，由于静电斥力使高分子网束扩展，大量水分子封存于高分子网内，因为受网结构的束缚水分子运动受到限制，从而阻挡了失水。 由于吸水时高分子网链扩展，又引起该网链弹性收缩，这两种因素平衡的结果决定了高吸水性树脂的吸水能力。 3.3 高吸水性树脂的基本特性 （1）吸水性 吸水性是高吸水性树脂最重要的特性。一般树脂吸水量可达自重的500倍到1000倍，最高可达5300倍。高吸水性树脂的吸水能力与树脂组成、交联度有关，此外还与外部溶液的性质有关。 在制备树脂的过程中，交联反应很重要。未交联的聚合物是水溶性的，无吸水性，而交联度过大，网络空间减小也会降低吸水能力，因此，须控制适当的交联度。 由于高吸水性树脂是高分子电解质，其吸水能力受被吸液的影响很大。树脂对非电解质溶液吸收能力高，其中以水的吸收率为最大，对电解质溶液的吸收率比纯水明显下降。树脂的吸水能力还与外界条件，如温度及产品形状有关。 （2）保水性 高吸水性树脂与普通的纸、棉吸水不同，后者加压几乎可以完全把水挤出，而前者加压失水不多。这是因为高吸水性树脂一旦吸水就溶胀为凝胶状，高分子网链被扩展而具有一定的弹性，因此，在加压下也不易挤出水来，但吸水性树脂可与环境水分保持平衡。 （3）吸水状态的凝胶强度 高吸水性树脂的凝胶强度用受重物挤压后凝胶的破碎程度来衡量。因树脂有一定的交联密度，所以凝胶强度较高，不易破碎，如饱和吸水约500倍的聚丙烯酸盐压坏强度是10～20kPa，同样状态下的日本住友树脂压坏强度则是50kPa，吸水量较低时树脂显示的强度更大。 （4）吸氨性 高吸水性树脂是含羧基的阴离子聚合物，由于部分羧基被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。 （5）其它性能 高吸水性树脂吸水后成水凝胶，比一般水溶性高聚物有更高的粘度，可用于化妆品增粘。此外，这类树脂可与其它树脂混合，如与EVA、橡胶共混，可获得防雾性、水膨润性等新性能，从而大大扩展了其应用领域。 3.4高吸水性树脂的应用开发 （1）农业应用方面 a. 土壤保水剂、改良剂。由于高吸水性树脂具有惊人的吸水性和保水性，因而可用作土壤保水剂。在天旱、水土流失严重的土壤中添加少量此类树脂，即能改善土壤的湿度及透气性，现已在阿拉伯沙漠中应用。 b. 植物幼苗移植用保水剂。 将移植树苗的根部在含1％高吸水性树脂的凝胶中处理后，大大延长了移植保存期，并提高了树苗成活率。它还可用于提高蔬菜等其它农作物幼苗移植成活率，如烟草在移栽过程中使用淀粉吸水树脂可提高成活率30％左右。目前在国外市场上已有专供植树用的保水剂出售。