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醫(yī)藥日化級(jí)高吸水性樹(shù)脂項(xiàng)目商業(yè)計(jì)劃書(shū)
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高吸水性樹(shù)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(lái)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(guò)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(guò)配位鍵或氫鍵形成的水合水。第二層,水分子與水合水通過(guò)氫鍵形成的結(jié)合水層。由此計(jì)算,水合水的總量不超過(guò)一水極性分子,這些水合水的數(shù)量與高吸水性樹(shù)脂的高吸水量相比,相差一個(gè)數(shù)量級(jí),由此可見(jiàn)高吸水性樹(shù)脂的吸水,主要是靠樹(shù)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(shuō),水分子封閉在邊長(zhǎng)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(shù)脂的離子網(wǎng)絡(luò)
高吸水性樹(shù)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(shù)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(zhǎng)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(shù)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(duì),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(shù)脂的吸水過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)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(duì),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(jiàn),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(duì)是高吸水性樹(shù)脂能夠完成吸水全過(guò)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(shù)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(shù)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(shù)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(wèn)題的兩個(gè)方面在一定溫度和壓力下,高吸水性樹(shù)脂能自發(fā)地吸水,水進(jìn)入到樹(shù)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(shù)脂中放出,使自由能升高,不利于體系的穩(wěn)定。通過(guò)差熱分析表明,高吸水性樹(shù)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(guò)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(shù)脂中溢出。另外,高吸水性樹(shù)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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