第一讲——高吸水性树脂

给大家介绍一下大家最近比较感兴趣的SAP！高吸水性树脂（SAP）是一种新型功能高分子材料，它具有高吸水功能，可以吸收比自身重几百到几千倍的水，保水性能优异。一旦吸水膨胀成水凝胶，即使加压也很难将水分离。因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木工程等各个领域有着广泛的用途。

高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的高分子化合物，最早由Fanta等通过淀粉与聚丙烯腈接枝后皂化制备而成。按原料分，有淀粉系（接枝型、羧甲基化等）、纤维素系（羧甲基化、接枝型等）、合成聚合物系（聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氧乙烯系等）几大类。与淀粉、纤维素相比，聚丙烯酸高吸水树脂具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优势，已成为当前该领域的研究热点。

这款产品的原理是什么？目前，聚丙烯酸占全球高吸水树脂产量的80%。高吸水树脂一般是含有亲水基团和交联结构的聚合物电解质。在吸水前，聚合物分子链相互靠近并缠绕在一起，交联形成网状结构，从而达到整体的紧固。当与水接触时，水分子通过毛细作用和扩散作用渗透到树脂内部，分子链上的离子化基团在水中发生电离，由于分子链上同种离子间的静电斥力，导致聚合物分子链伸长膨胀。由于电中性的要求，反离子不能迁移到树脂外部，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，树脂本身的交联网络结构和氢键作用限制了凝胶的无限膨胀。当水中含有少量盐时，反渗透压会下降，同时由于反离子的屏蔽作用，聚合物分子链会收缩，导致树脂的吸水能力大大下降，一般高吸水树脂在0.9%NaCl溶液中的吸水能力仅为去离子水的1/10左右。吸水和保水是同一个问题的两个方面，林润雄等人从热力学的角度对其进行了讨论，在一定的温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸收水分，水进入树脂内部，使整个体系的自由焓降低，直至达到平衡。如果水从树脂中逸出，使自由焓增大，则不利于体系的稳定。差热分析表明，在150℃以上，高吸水树脂所吸收的水分有50%仍然被封闭在凝胶网络中，因此，即使在常温下施加压力，水分也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。

下次讲讲SAP的具体用途。