首次演讲——超强吸水性聚合物

让我来介绍一下您最近比较感兴趣的SAP！超强吸水聚合物（SAP）是一种新型功能性聚合物材料。它具有极高的吸水能力，能够吸收自身重量数百倍甚至数千倍的水，并且具有优异的保水性能。一旦吸水膨胀成水凝胶，即使施加压力也很难将水分离出来。因此，它在个人卫生用品、工农业生产以及土木工程等领域有着广泛的应用。

超吸水性树脂是一种含有亲水基团和交联结构的大分子聚合物。它最初由芬达等公司通过将淀粉与聚丙烯腈接枝，然后皂化制备而成。根据原料的不同，超吸水性树脂可分为淀粉系列（接枝、羧甲基化等）、纤维素系列（羧甲基化、接枝等）和合成聚合物系列（聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氧乙烯系列等）等。与淀粉和纤维素相比，聚丙烯酸超吸水性树脂具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水性强、保质期长等诸多优点，已成为该领域的研究热点。

本产品的原理是什么？目前，聚丙烯酸占全球超吸收性树脂产量的80%。超吸收性树脂通常是一种含有亲水基团和交联结构的聚合物电解质。吸水前，聚合物链彼此靠近并相互缠结，交联形成网络结构，从而实现整体的紧密结合。当与水接触时，水分子通过毛细作用和扩散作用渗入树脂内部，链上的离子基团在水中发生电离。由于链上同种离子之间的静电斥力，聚合物链伸展并膨胀。由于电中性的要求，反离子无法迁移到树脂外部，树脂内外溶液的离子浓度差形成反渗透压。在反渗透压的作用下，水进一步进入树脂内部形成水凝胶。同时，树脂自身的交联网络结构和氢键限制了凝胶的无限膨胀。当水中含有少量盐分时，反渗透压会降低，同时，由于反离子的屏蔽作用，聚合物链会收缩，导致树脂的吸水能力大幅下降。通常，超吸水树脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力仅为去离子水的十分之一左右。吸水和保水是同一问题的两个方面。林润雄等人从热力学的角度对此进行了讨论。在一定的温度和压力下，超吸水树脂可以自发吸收水分，水进入树脂，降低整个系统的自由焓，直至达到平衡。如果水从树脂中逸出，增加自由焓，则不利于系统的稳定性。差示扫描量热分析表明，在150℃以上，超吸水性树脂吸收的水分仍有50%被包裹在凝胶网络中。因此，即使在常温下施加压力，水分也不会从超吸水性树脂中逸出，这由超吸水性树脂的热力学性质决定。

下次请说明SAP的具体用途。