聚丙烯酸钠 - 用途 & 常见问题

15 4 月, 2021

聚丙烯酸钠属于高吸水性聚合物,化学式为[−CH2−CH(CO2K)−]n。

在功能上,它可以吸收大量的水,然后变成水凝胶形式。

在安全方面,无毒、无污染、无害。很容易找到MSDS(材料安全数据表)。

基本信息

外貌白色粉末/颗粒(吸水后变为透明晶体)
气味不易察觉的
CAS 号9003-4-7
功能吸收、保留或阻挡液体
物理特性无毒、无害、无污染、自然降解
市场价800-3000美元/吨(2018年更新)

类型

聚丙烯酸钠有多种类型,用于不同的用途,例如:

  • 淀粉基类型(可生物降解),
  • 催化剂改进型(用于电缆阻水),
  • 阳离子型(用于混凝土添加剂),
  • *有缺陷的类型和回收型(用于废液吸收)。

它是如何工作的

它由一组相互平行的聚合物链组成,并通过交联剂有规则地相互连接,从而形成网络。

当水与这些链之一接触时,它会通过渗透作用被吸入分子中。水迅速迁移到聚合物网络的内部并在那里储存。

提示:金属离子可以深度降低或破坏聚丙烯酸钠的吸水能力。

关于吸水率

聚丙烯酸钠罐

  • 迅速吸收自身质量数百倍至千倍以上的水中,
  • 还能吸收几十到一百倍的盐水、血液、尿液等液体。

根据SAP的成分不同,其吸水机理也不同。

  • 对于聚丙烯酸酯类吸水聚合物来说,主要依靠渗透压来完成吸水过程。
  • 对于非离子型SAP来说,它依靠亲水基团的亲水作用来完成吸水。

SAP的溶胀性能直接影响其产品质量和应用。

目前,关于SAP溶胀性能的研究报道较多,其中高吸水性树脂吸水机理的研究理论可概括为三个方面:

  1. 吸水热力学机理;
  2. 柔性分子链的吸水机理;
  3. 溶胀动力学机制。

吸水热力学机理

SAP对水的吸附可分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附

物理吸附是指通过毛细管吸附水份,因此吸水能力有限,在一定压力下会很快溢出。

SAP分子含有强亲水极性基团,具有三维交联结构。与传统的吸水材料不同,SAP首先通过毛细管吸附和分散来吸收水,然后树脂的亲水基团通过氢键与水分子相互作用。离子型亲水基团遇水就开始解离,阴离子固定在高分子链上,阳离子为流动离子。

随着亲水基团的解离,阴离子数量增加,静电斥力增大,聚合物三维交联网络扩张。同时,为了保持电中性,阳离子不能扩散到外部溶剂中,因此浓度增加,导致树脂交联网络内外的渗透压升高,水分子进一步渗透。

随着吸水率的增加,网络内外的渗透压差趋于零。随着网络的扩张,其弹性收缩力也增大,逐渐抵消阴离子的静电斥力,最终达到吸水平衡。水分子在渗透压差引起的毛细管作用和树脂三维交联结构的膨胀下渗透、扩散到树脂中,从而达到吸水的目的。

化学吸附

化学吸附是指树脂中的亲水基团通过化学键牢固地吸附水分子,吸附能力很强,在高压下很难溢出。

由于SAP本身的交叉网络结构以及与氢键的结合,限制了树脂的吸附。当有水存在时,分子网络不能无限膨胀,这保证了树脂吸水后不会溶解在水中。

这样,SAP内部存在两种力,一种是内部离子之间的斥力产生的渗透压,使水进入树脂内部,引起空间网络的膨胀;另一种是内部离子间的排斥力产生的渗透压,使水进入树脂内部,引起空间网络的膨胀。二是交联作用产生的弹力,使吸水后的聚合物具有一定的强度。这两种力相互制约,最终达到平衡,树脂吸水饱和,此时的吸水率就是吸水率。

柔性分子链的吸水机理

SAP吸水的热力学机理可以很好地解释离子型SAP的吸水机理,但很难解释非离子型SAP的吸水机理。因此,有必要从分子链的角度解释SAP的吸水机理。

根据热力学第二定律,系统总是自发地朝着熵增加的方向达到平衡。在没有外界能量的情况下,完全干燥状态下的SAP使大分子链随机移动,各个碳-碳σ键的构象往往不一致。此时,SAP的大分子链总是自发地趋于卷曲的分子构象。

对于理想的柔性大分子链来说,其C-C键可以自由旋转,其旋转仅受侧基和氢键效应的限制,具有理想的柔性。然而,对于SAP来说,交联点附近大分子链的旋转受到阻碍。在交联密度均匀的情况下,每个交联晶格具有相同的尺寸。可以认为构成交联晶格的大分子链具有理想的柔性。 ,即各个吸水网络都是理想的,各个交联点之间的分子链碳原子数相同。

因此,SAP的交联密度越低,大分子链的柔韧性越强,有效链长越长,其构象变化越容易,吸水能力越强,克服其所需的外部能量越小大分子链的构象变化。即SAP的凝胶强度较低。

从大分子链构象变化的角度来看,主碳链侧基与水分子亲和力较大的单体有助于增强SAP大分子链的柔韧性。

溶胀动力学机制

使用 Berens-Hopfenberg 扩散弛豫模型方程解释了树脂的溶胀动力学。

扩散弛豫模型方程提出水分子的扩散与树脂大分子链段的弛豫满足线性关系。

与传统吸水材料相比

传统吸水材料如棉花、海绵、纸张等的吸水是利用毛细管原理进行的,属于物理吸附。

高吸水性树脂因其分子结构而具有一定的交联度,内部的水不易通过简单的机械方法被挤出,因此具有较强的保水性。

几种传统吸水材料与高吸水性聚合物吸水能力对比:

吸水材料吸水能力(重量分数)/%
沃特曼3号滤纸180
卫生纸400
聚氨酯海绵1050
木浆堆1200
棉花球1890年
聚丙烯酸钠20200

应用领域

聚丙烯酸钠罐

  • 直接使用;
    • 用于生产:阻水剂、充气橡胶、增稠剂、阻燃凝胶、干燥剂、蓄热剂。
    • 建筑用:混凝土保护、防雾剂。
    • 用于环境:废液控制、排泄物收集。
    • 其他:钻井液、纹身废液收集、油水分离。
  • 用作产品的原料。
    • 动物产品:宠物垫、饲养昆虫的防溺水水源。
    • 个人护理产品:纸尿布、卫生巾、护理垫和隐形眼镜。
    • 家居产品:冰袋、香氛载体、水珠、成长玩具、化妆品、固体水床。
    • 其他:电缆、尿袋、防洪袋、速雪、防水涂料。

用途一览

用于防洪沙袋

SAP 在灾难管理中有这种独特的应用,它用于准备沙袋,当沙袋与水接触时,会迅速吸收水并膨胀,形成阻挡水前进的屏障。

虽然我们称它们为沙袋,但它们实际上不含任何沙子;它们之所以如此称呼,是因为传统上人们就是这样称呼它们的。

这些无沙沙袋最初尺寸很小,重量很轻,但它们吸收水后会呈现坚固的形状。它们更容易储存和运输,并且在不使用时占用的空间更小。

重要指标如下,

  • 吸水率;
  • 抗光解性。

用于电缆和电气

聚丙烯酸钠是一种吸收材料,可以吸收和吸收水分子。阻止水的重量达到其自身重量的数百倍。

保护电缆和光缆

就制造各种电缆的防水胶带和油膏而言,聚丙烯酸钠是一种备受追捧的产品;甚至光纤电缆也使用它。

电缆、光缆是电力、通信等的传输载体,对水非常敏感。电缆入水有漏电的危险,光缆入水则无法传输信息。

SAP 用于架设或敷设在地下(特别是海底敷设)的电缆和光缆。

其原理是将高吸水性树脂层制成防水胶带,包裹在缆芯上作为防水层。

一旦外壳破裂或损坏,水进入防水层,其中所含的高吸水性树脂吸水膨胀,将损坏部分密封起来,可以防止水侵入电缆,防止电缆受潮而降低可靠性。 。从而提高电缆的安全性,延长其使用寿命。

据Stockhausen公司介绍,经过SAP防水处理的电缆成本较低,性能与传统处理方法相当甚至更好。

目前SAP在该领域的应用正在不断扩大,特别是在光缆材料的止水、防水材料方面。用作光缆止水拒水材料的SAP主要有淀粉丙烯腈接枝共聚物的皂化水解产物、淀粉-丙烯酸酯接枝共聚物等。

此外,在电子行业,SAP还可用于温度传感器、测湿传感器、漏水检测器、光致变色元件、光响应元件、人体电极、超声波探头等。

电缆用聚丙烯酸钠的特点

  1. 膨胀能力强一旦电缆外层破裂,聚丙烯酸钠会迅速吸水膨胀(阻水)。此过程可以保护电缆中的导体免受潮湿。因此,膨胀能力是电缆用聚丙烯酸钠最重要的一点。
  2. 较小的粒径一般来说,聚丙烯酸钠的颗粒越小,吸收速度越快。聚丙烯酸钠的粒径可以是10-200目。电缆类型应大于50目。

用于混凝土保护

  • 它的渗透性恰好很低;它完全隔绝了水分,
  • 由于其纤维质地,可以储存形成垂直屏障,
  • 由于它是一种有效的密封剂,因此可应用于水泥基制品。

建筑业用

混凝土开裂的原因

混凝土和砂浆的开裂是工程中经常发生的质量事故。这是由于低水胶比和活性矿物掺合料的高性能混凝土自收缩变形大造成的。

自收缩变形的根本原因是混凝土内部的自干燥。高性能混凝土结构致密,外部养护水难以进入混凝土内部,后期水泥水化所需的水无法补充,加剧了混凝土内部的自干现象。水泥石。

因此,为了缓解混凝土内部自干,常采用内部养护的方法,用预吸水陶粒或陶粒砂,或其他吸水性人造轻骨料代替普通骨料。但人造轻骨料的吸水率有限,缓解干燥、减少收缩的效果并不明显。

混凝土保护用聚丙烯酸钠

用丙烯酸聚合物高吸水性树脂吸水后进行混凝土内部养护是一种经济有效的方法。

研究表明,高吸水性聚合物颗粒较小,在混凝土中分散均匀,吸水量大,可以有效补充水泥石中的消化水。

砂浆中添加预吸水高吸水树脂后,混凝土的自收缩变形明显减小。

但混凝土硬化后,高吸水性树脂在混凝土内部留下形状相对规则的闭孔,在一定程度上降低了混凝土的强度。

丹麦技术大学的Jensen M和Hansen P F共同提出,添加超高强吸水聚合物可以有效提高自干性,这一方法得到了国际学术界的广泛认可。当混凝土水化因混凝土水化而导致混凝土内部湿度降低而影响混凝土水化时,高分子材料可将储存的水分释放出来,为混凝土进一步水化提供水份,延缓混凝土的自干过程。

密封材料

在建筑行业中,SAP还可以与天然橡胶或合成橡胶混合,然后添加表面活性添加剂,以改善其相容性,制成密封材料。

SAP遇到水或其他含水流体时急剧膨胀,迅速填充间隙,形成紧密的密封,并保持良好的机械强度。

这种密封方式具有较强的耐强酸、强碱的能力,特别是在油气管道的密封中。

该技术已在英国、法国等海底隧道建设中得到应用,取得了满意的效果。此外,在江河、水库、水坝、矿山等防水堵漏工程的应急抢险中,应用含SAP堵水剂可大大提高安全性。

用于消防和预防

德国德固赛公司报道称,该公司开发的Firesorb灭火剂是一种含有SAP的新型灭火剂。

该灭火剂具有较高的灭火和灭火性能,其吸热能力是水的5倍。使用这种灭火剂不仅可以减少50%的用水量,而且可以缩短灭火时间。

用于热/冷治疗凝胶包

淡水被直接注入各个冰袋中以激活它们;将超吸水性聚合物置于新鲜的自来水下,立即开始吸收水并将其转化为凝胶;大约 20 分钟后,可以看到它吸收了足够的水,形成小垫形冰块。

凝胶包的重要指标

水合时间

众所周知,有些凝胶袋是一次性的,有些凝胶袋可以多次使用。

水合时间是指包装中的凝胶融化的时间。它决定了凝胶包的质量。

凝胶强度

当凝胶强度太硬时,包装的手感会很差。

当凝胶强度太软时,水化时间会很短。

粒度

SAP常见的粒度为10-100目。我们可以根据凝胶包的制造工艺购买合适的尺寸。

另一方面,颗粒尺寸会影响水合时间和凝胶强度。

价格

如果采购订单量大(如超过16吨),我们可以从SAP工厂得到很好的价格;

如果采购订单不是很大,专门从事SAP的贸易公司会是更好的选择。

对于卫生用品

凭借其出色的液体吸收和锁定特性,它在易受潮的产品中得到了非常有用的应用,例如:

  • 尿布、
  • 卫生巾,
  • 护理垫和
  • 宠物垫。

重要指标如下,

  • 吸水率;
  • 压力下的吸收和离心后的保留能力;
  • 液体渗透性;
  • 残留单体。

用于冰袋/冰袋

淡水被直接注入各个冰袋中以激活它们;将超吸水性聚合物置于新鲜的自来水下,立即开始吸收水并将其转化为凝胶;大约 20 分钟后,可以看到它吸收了足够的水,形成小垫形冰块。

现在将它们放入冰箱即可使用。

重要指标如下,

  • 水合时间;
  • 价格;
  • 颗粒大小。

防水胶带用

就用于各种电缆的防水胶带和油膏的制造而言,SAP 是一种备受追捧的产品;甚至,光缆也使用SAP。

吸收的程度和速度都很高,遇水后的整体膨胀率和膨胀量也很高。

重要指标如下,

  • 水合时间;
  • 展开高度;
  • 价格;
  • 颗粒大小。

适用于充气沙袋

与传统沙袋不同,充气沙袋(内装聚丙烯酸钠)有很多优点:

  1. 运输。使用前重量轻,数千个充气袋可以用货车快速运输。
  1. 贮存。充气袋可以真空包装。因此它们可以在小仓库中长期储存。
  2. 使用。与传统沙袋相比,充气袋更容易携带和使用。积累。

重要指标:

  1. 吸水率;
  2. 抗光解性。

用于堵漏/溢出处理

聚丙烯酸钠可以吸收有害、无害、受污染和其他受管制废物。

工业级聚丙烯酸钠价格便宜,可以在几分钟内吸收大量液体。固体废物比液体废物更容易处理。

重要指标:

  1. 价格;
  2. 凝固时间。

聚丙烯酸钠的优点

  • 便于使用;
  • 高吸水率&吸收率;
  • 在压力下不会释放液体;
  • 气味控制;
  • 可定制属性(针对特定废液);
  • 不可生物降解且具有高吸收性,从而防止泄漏;
  • 废液包括:
    • 危险废物;
    • 无害废物;
    • 受污染的废物;
    • 其他管制废物。

去除马粪/尿味

如果你有一些马的话,清理他们的马厩真的很痛苦。尤其是橡胶垫缝隙间的尿液很难清洗,而且有氨味。

当遇到马尿时,聚丙烯酸钠会从粉末变成无味的蓬松物质——体积是粉末体积的3倍,感觉干燥。

另一方面,蓬松的聚丙烯酸钠可以让空气流通。氧气会杀死细菌,从而使尿液产生难闻的气味。

这是颠覆性的改变,清洁它们会带来很多乐趣。

其他应用

由于其令人惊叹的特性,它在多种产品中得到广泛使用;其中一些可能列在这里:

  • 作为许多特定应用中功能性涂料的添加剂,
  • 作为空气清新剂的添加剂,
  • 为了扩大橡胶需求,
  • 吸收工业废水,
  • 在采矿业中用于灾害管理和正常渗漏,
  • 在某些化妆品中。

由于 SAP(高吸水性聚合物)具有强大的吸湿能力,因此它正在寻找新的用途。

安全

对于人类

作为聚合物,它以长链和中性粘合在一起。这意味着聚丙烯酸钠不会刺激皮肤。

到目前为止,聚丙烯酸钠没有任何副作用。根据各种材料安全数据表(美国职业安全与健康管理局创建的文件,详细列出了化学品的潜在危害),聚丙烯酸钠是安全的。

“丙烯酸”怎么样?

是的,有某种劣质聚丙烯酸钠与少量丙烯酸混合。从理论上讲,大剂量的丙烯酸可能对婴儿的皮肤有害。但作为制造过程中的残留物,丙烯酸值低于300 PPM,对人体完全安全。

为了环境

聚丙烯酸钠可分解为二氧化碳、水、钠等,此过程不会带来任何明显的影响。

但这并不意味着聚丙烯酸钠是保水剂的最佳选择。事实上,大量的聚丙烯酸钠可能会加剧土壤盐碱化。

安全使用提示

聚丙烯酸钠无毒。但作为一种强力吸水材料,如果处理不当也会造成一定的危险。

-当您直接面对聚丙烯酸钠粉末时,面膜可能是一个不错的选择。 (吸入粉末会刺激肺部。)

-它可以吸水、膨胀并变成水凝胶。所以,吃东西是不明智的。

-当它与某个区域的大量水接触时,会导致该区域非常湿滑。

- 不应冲掉粉末或水凝胶——这会导致严重堵塞。

选择好的聚丙烯酸钠

有缺陷的聚丙烯酸钠

聚丙烯酸钠存在三种缺陷类型。我们可以将其命名为:黄色型次品、微小颗粒型次品、回收型次品。

有缺陷的聚丙烯酸钠从哪里来?

缺陷

黄色型不良品

干燥过程中温度过高会产生黄色型缺陷聚丙烯酸钠。

缺陷:

-吸水能力比普通产品弱;

- 颜色通常可以是黄色或深色。

提示:一些改进的聚丙烯酸钾(农业用途)也会是黄色、深色或黑色。他们之间有很大的区别。

微小颗粒型缺陷

通过粉碎和精加工生产出微小颗粒型缺陷聚丙烯酸钠。筛选过程。

缺点

微小颗粒会削弱对纸尿布很重要的液体渗透性。

回收型

通常情况下,回收聚丙烯酸钠主要用于废水控制。

提示:为了赚更多的钱,一些奸商将回收的聚丙烯酸钠当作普通聚丙烯酸钠出售。

常见问题解答

聚丙烯酸钠可以在食品中使用吗?

虽然“食品级聚丙烯酸钠”的说法已经存在多年,但还没有厂家声称能够生产。这可能与生产工艺有关。

聚丙烯酸钠对皮肤安全/有益吗?

聚丙烯酸钠虽然无毒,但其技术参数要求极其严格,尤其是用于尿布、卫生巾、护理垫等卫生用品。作为卫生用品生产商,查看聚丙烯酸钠的MSDS(材料安全数据表)是很有必要的。作为卫生用品的消费者,请尽量选择知名品牌产品。注:丙烯酸含量是一个非常重要的指标。含量超标时可能会引起皮肤过敏、皮疹。

聚丙烯酸钠对植物安全吗?

安全但不推荐。聚丙烯酸钠会分解成钠离子,导致土壤盐碱化。虽然聚丙烯酸钠的价格远低于聚丙烯酸钾,但将其用作保水剂却是异想天开。列出一些不宜在植物上使用聚丙烯酸钠的原因: 作为保水剂,聚丙烯酸钠很难吸收地下的水分,导致土壤渗滤液离子浓度较高。聚丙烯酸钠制成的水凝胶在较低温度(如40°C)下很容易熔化和光降解。聚丙烯酸钠分解成大量不能被植物吸收的钠离子,导致土壤盐碱化加剧。注:与A不同的是,B是专为保水剂设计的,有效解决了以上三个问题。

聚丙烯酸钠对狗/动物/昆虫有毒吗?

严格来说,只有聚丙烯酸钠符合食品级标准,答案才是肯定的。

Ph值是多少?

一般来说,聚丙烯酸钠由于丙烯酸残留物极少,呈弱酸性。 (聚丙烯酸钠是由丙烯酸和氢氧化钠聚合反应而成。)

熔点是多少?

150℃。另外,聚丙烯酸钠吸水形成水凝胶后,在较低温度(如40℃)下很容易熔化并光降解。这也是聚丙烯酸钠不能用作农林保水剂的原因之一。

聚丙烯酸钠有什么用途?

它可以用作:保水剂(植物用); b.吸水材料(尿布用); C。膨胀材料(用于充气玩具); d.增稠剂(化妆品用); e.阻水材料(充气沙袋); F。冷却储存(冰垫)。

什么是吸水率?

作为目前最强的吸水材料,聚丙烯酸钠可以吸收高达自身重量数千倍的纯水。另外,水是否纯净直接影响聚丙烯酸钠的吸收。如果水中加盐,吸水率会大大降低。土壤中水离子浓度极高,聚丙烯酸钠的吸水性大大降低——这也是其不适合用作保水剂的原因之一。

家里哪里可以找到/获得聚丙烯酸钠?

正如我所说,您可以轻松地在卫生巾或纸尿布中找到聚丙烯酸钠。

聚丙烯酸钠为什么会吸水?/聚丙烯酸钠如何发挥作用?

您可能想知道聚丙烯酸钠的工作原理。事实上,整个吸水过程经历了复杂的物理和化学反应。简单地说,A的分子结构中存在网状分子链,它遇到水后立即发生电解,解离成带正电和带负电的离子。带正电和负电的离子与水有很强的亲和力。因此,它具有很强的吸水和保水能力。

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