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醫(yī)藥日化級高吸水性樹脂項(xiàng)目商業(yè)計(jì)劃書
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高吸水性樹脂的吸水機(jī)理
自然界中能吸水的物質(zhì)很多,按其吸附水的性質(zhì)來分,基本上分類,一類是物理吸附,像傳統(tǒng)的棉花、紙張、海綿等,其吸附主要是毛細(xì)管的吸附原理,所以此類物質(zhì)吸水能力不高,只能吸收自身重量的20倍水,一旦有壓力,水便會(huì)從中流出。另一類是化學(xué)吸附,通常是通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個(gè)整體。此種吸附結(jié)合很牢,加壓也不能把水放出。
高吸水性樹脂是由三維空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的聚合物,它的吸水,既有物理吸附,又有化學(xué)吸附,所以,它能吸收成百上千倍的水。
一、高吸水性樹脂與水的作用
當(dāng)水與高分子表面接觸時(shí),有種相互作用,一是水分子與高分子電負(fù)性強(qiáng)的氧原子形成氫鍵結(jié)合二是水分子與疏水基團(tuán)的相互作用三是水分子與親水基團(tuán)的相互作用。高吸水性樹脂本身具有的親水基和疏水基與水分子相互作用形成自為水合狀態(tài)。樹脂的疏水基部分可因疏水作用而易于折向內(nèi)側(cè),形成為不溶性的粒狀結(jié)構(gòu),疏水基周圍的水分子形成與普通水不同的結(jié)構(gòu)水。
用DSC、NMR分析、高吸水性樹脂處于凝膠狀態(tài)時(shí),存在大量的凍結(jié)水和少量的不凍水。發(fā)現(xiàn)親水性水合,在分子表面形成厚度為一的一個(gè)水的分子層。第一層,極性離子基團(tuán)與水分子通過配位鍵或氫鍵形成的水合水。第二層,水分子與水合水通過氫鍵形成的結(jié)合水層。由此計(jì)算,水合水的總量不超過一水極性分子,這些水合水的數(shù)量與高吸水性樹脂的高吸水量相比,相差一個(gè)數(shù)量級,由此可見高吸水性樹脂的吸水,主要是靠樹脂內(nèi)部的三維空間網(wǎng)絡(luò)間的作用,吸收大量的自由水貯存在聚合物內(nèi),也就是說,水分子封閉在邊長為一聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi),這些水的吸附不是純粹毛細(xì)管的吸附,而是高分子網(wǎng)絡(luò)的物理吸附。這種吸附不如化學(xué)吸附牢固,仍具有普通水的物理化學(xué)性質(zhì),只是水分子的運(yùn)動(dòng)受到限制。
二、人高吸水性樹脂的離子網(wǎng)絡(luò)
高吸水性樹脂在結(jié)構(gòu)上是輕度變聯(lián)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),它是由化學(xué)交聯(lián)和樹脂分子鏈間的相互纏繞物理交聯(lián)構(gòu)成的。吸水前,高分子長鏈相互靠攏纏在一起,彼此交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而達(dá)到整體上的緊固程度。高吸水性樹脂可以看成是高分子電介質(zhì)組成的離子網(wǎng)絡(luò)和水的構(gòu)成物。在這種離子網(wǎng)絡(luò)中,存在可移動(dòng)的離子對,它們是由高分子電介質(zhì)的離子組成的其離子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖高吸水性樹脂的吸水過程是一個(gè)很復(fù)雜的過程。吸水前,高分子網(wǎng)絡(luò)是固態(tài)網(wǎng)束,未電離成離子對,當(dāng)高分子遇水時(shí),親水基與水分子的水合作用,使高分子網(wǎng)束張展,產(chǎn)生網(wǎng)內(nèi)外離子濃度差。如高分子網(wǎng)結(jié)構(gòu)中有一定數(shù)量的親水
離子,從而造成網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水分子以滲透壓作用向網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)滲透。同理,如被吸附水中含有鹽時(shí),滲透壓下降,吸水能力降低、由此可見,高分子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的親水基離子是不可缺的,它起著張網(wǎng)作用,同時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生滲透功能。親水離子對是高吸水性樹脂能夠完成吸水全過程的動(dòng)力因素,這一點(diǎn)也可從式中看出。高分子網(wǎng)結(jié)構(gòu)特有多量的水合離子,是高吸水性樹脂提高吸水能力,加快吸水速度的另一個(gè)因素。
高吸水性樹脂三維空間網(wǎng)絡(luò)的孔徑越大,吸水率越高,反之,孔徑越小,吸水率越低。樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是能夠吸收大量水的結(jié)構(gòu)因素。
三、吸水性與保水性
吸水和保水是一個(gè)問題的兩個(gè)方面在一定溫度和壓力下,高吸水性樹脂能自發(fā)地吸水,水進(jìn)入到樹脂中,使整個(gè)體系的自由能降低,直到滿足平衡為止。如水從樹脂中放出,使自由能升高,不利于體系的穩(wěn)定。通過差熱分析表明,高吸水性樹脂吸收的水在150℃以上時(shí),仍有50%的水封閉在水凝膠的網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí),水分子的熱運(yùn)動(dòng)超過高分子網(wǎng)絡(luò)的束縛力后,水才揮發(fā)逸出。因此在常溫下,加多大的壓力,水也不從高吸水性樹脂中溢出。另外,高吸水性樹脂的吸水能力還與網(wǎng)絡(luò)鏈上的離子密度和所吸附介質(zhì)等因素有關(guān),這已被實(shí)驗(yàn)所證明。
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