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高吸水性聚合物 (sap)

15 4 月, 2021

*本页介绍的是高吸水性聚合物、雪泥粉、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、SAP。

简单的介绍

高吸水性聚合物化学的起源可以追溯到 20 世纪 60 年代初,当时美国农业部开发了第一种高吸水性聚合物材料。

高吸水性聚合物(SAP)作为一种功能高分子材料,具有很强的吸水能力。

  • 它能吸收自身重量数百倍的水分,并牢牢锁住水分。
  • SAP粉末(或颗粒)吸收后会变成水凝胶。

根据用途不同,高吸水性聚合物有多种类型。


什么是SAP

SAP 主要有两种类型:

  1. 聚丙烯酸钠
  2. 聚丙烯酸钾

SAP(Superabsorbent Polymer)是一种具有较高吸水率和优异保水能力的功能聚合物。

它 :

  • 吸收大量的水(或其他无机溶液),
  • 锁水和
  • 吸收后成为水凝胶状。

使用 SAP 的优势是:

  • 无毒,
  • 无污染,并且
  • 各个方面都无害。

小贴士:它最有利的特性在于它能吸收相当于自身体重数百倍的液体,并将其转化为凝胶;这就是为什么它能够保留或阻止水。


SAP 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。


制造流程

水溶液聚合

由于SAP的大部分单体都是水溶性的,因此可以以水为溶剂通过溶液聚合来生产SAP。全球90%以上的产能都采用这种方法。

伽马射线和微波之所以不常用,是因为它们需要特殊的容器,而且辐射发生装置在操作上有很多不便。尽管据报道伽马射线具有很高的起爆率,但由于设备昂贵和危险的辐射泄漏,它们并不具备在民用生产领域流行的优势。热致产品一般会变黄,残留单体率较高,聚合不均匀,不适合制造高性能产品。

优势

水溶液聚合法具有成本低、设备要求低、投资少、工艺简单、生产效率高、操作安全、体系纯净、交联结构均匀等优点。

坏处

增加干燥、粉碎、筛分工序,产品生产线长,产品破碎后粒度分布不均匀等。

生产流程

引发剂引发剂可以方便地控制引发速率和调节吸水性能,因此得到广泛应用。以水为溶剂,在交联剂和引发剂存在下,通过交联聚合、干燥、粉碎制备丙烯酸以及被碱部分中和的丙烯酸和丙烯酸钠的混合单体。

该生产方法不产生有毒有害物质,整个过程可在环保气氛下进行。


反相悬浮聚合

反相悬浮聚合合成SAP不同于水溶液合成SAP。

优势

反相悬浮聚合SAP产品吸水速度快、吸水能力高、粒径分布均匀。

加工简单,只需干燥即可得到产品,无需破碎、筛分,直接得到珠状产品,解决了水溶液聚合法传热、搅拌困难的问题。

坏处

该方法的缺点是主要设备材质要求高,设备投资大,而且由于生产过程中使用有机溶剂,需要溶剂回收装置,容易产生污染。

另外,反相悬浮聚合法只能进行间歇生产,设备利用率低,生产效率低。

生产流程

其合成过程是以有机溶剂为分散介质为油相,以碱部分中和的丙烯酸钠和丙烯酸的混合水溶液为水相,以液滴形式分散在油相介质中,在悬浮分散剂和搅拌作用下形成。油包水液滴的稳定分散体,即油包水悬浮液,其中引发剂和交联剂溶解在水相液滴中以进行聚合过程。

聚合反应结束后,需要减压蒸馏除去油相中的有机溶剂,然后将凝胶干燥得到SAP产品。


SAP 制造商列表

全球高吸水性树脂消费量由卫生用品占92%(其中婴儿纸尿裤占78%、成人失禁垫占10%、妇女卫生巾占4%)、农业占4%其中,建筑业占1%,其他领域占3%。

公司主要产品
SAP凝胶钾碱性 SAP 和钠碱性 SAP)
M2聚合物污水处理SAP
赢创钠基SAP
桑托斯钠基SAP
三洋化成钠基SAP
住友钠基SAP
巴斯夫公司钠基SAP
食梅钠基SAP
LG化学钠基SAP
台塑集团钠基SAP

质量等级

SAP的主要成分是聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。

SAP的等级如下:

  • 改进的 SAP
    • 淀粉基 SAP——可生物降解型 SAP;
    • 基于矿物质的 SAP(用于植物)- 可在土壤中使用多年;
    • 改良催化剂的SAP——高膨胀能力(用于电缆的阻水);
    • 阳离子型 SAP - 混凝土添加剂。
  • 通用SAP
    • 聚丙烯酸钾——主要在农业中用作保水剂;
    • 聚丙烯酸钠——广泛应用于工业生产,如纸尿布、卫生巾、冰袋、空气清新剂、膨胀橡胶等。
  • SAP 有缺陷
    • 回收SAP:SAP被使用并回收;
    • SAP烧毁:SAP在超温下产生。

SAP 的用途

对于植物

高吸水性聚合物又称SAP、水凝胶、吸水性聚合物、吸水凝胶、保水剂、超吸水剂、水凝胶,是一种新型高分子合成吸水性高分子材料。它通过渗透作用,在短时间内吸水潜力高达其重量的100,000%,并在土壤中形成颗粒,增强土壤性质。 SAP 通常是类似白糖的吸湿性材料,在水中膨胀形成由单独的单个颗粒制成的透明凝胶,即使在压力下也能保持水分,而不会出现火灾或破裂/爆炸的风险。

农业中使用的高吸水性聚合物大多由丙烯酸和钾等交联剂通过溶液或悬浮聚合制备。如此形成的聚合物称为聚丙烯酸酯,其溶胀能力和凝胶模量很大程度上取决于所使用的交联剂的数量和类型。聚丙烯酸酯无毒、无刺激性、无腐蚀性,经测试可生物降解,每年降解率为10%-15%。它们表现出高吸水潜力,并且在植物根部的吸压力下可以自由释放 95% 的吸水潜力。

重要指标

  • 土壤吸收能力;
  • 颗粒尺寸;
  • 耐光解性;
  • 有效期。

好处

阻碍植物生长和作物产量的三种最常见的土壤条件是保水能力低、蒸散率高和土壤水分淋溶。除此之外,不可预见的干旱条件、退化和盐碱化、合成肥料和农药的过度使用以及灌溉不当等因素严重影响土壤和植物,往往也会对土壤生物群造成永久性损害。

阻碍植物生长和作物产量的三种最常见的土壤条件是保水能力低、蒸散率高和土壤水分淋溶。除此之外,不可预见的干旱条件、退化和盐碱化、合成肥料和农药的过度使用以及灌溉不当等因素严重影响土壤和植物,往往也会对土壤生物群造成永久性损害。

理想的特性

  • 在盐水和硬水条件下具有高吸收能力。
  • 优化负载下吸收率 (AUL)。
  • 最低的可溶物含量和残留单体。
  • 低价。
  • 在膨胀环境和储存过程中具有高耐久性和稳定性。
  • 逐渐生物降解而不形成有毒物质。
  • 在水中溶胀后pH呈中性。
  • 光稳定性。
  • 再润湿能力。
  • 俗称的水凝胶农业技术具有以下优点。
  • 改善土壤质量、保存水分并抵抗干旱胁迫。
  • 促进种子发芽和幼苗发育,从而提高农场的成功率。
  • 从环境方面来看,它无污染且可生物降解,有助于减少灌溉频率和用水量,并创建一个简单的循环过程,直接向根部提供水并防止土壤板结。
  • 在农业和农林业中,SAP 充当植物根部的微型水库。它们吸收自身重量400500倍的自然水和供给水,并利用根部毛细管吸力机制缓慢释放水,从而防止土壤中的水分因淋滤和蒸发而流失。
  • SAP 形成吸收和释放水的一致循环过程;如此释放的水可以为幼苗的快速发芽和成熟提供最佳的水分。因此,它可以将苗圃中的幼苗死亡率降低数倍。
  • 在寒冷地区,由于水分冻结和成熟,发芽和成熟过程中死亡很常见。植物根部组织周围。水凝胶中吸收的水分不会冻结,并且易于植物吸收。它还可以调节幼苗的生长温度,防止因冷冻而死亡。
  • SAP可以通过减少灌溉频率来帮助节省水和劳动力,帮助克服干旱条件并充当土壤改良剂,防止沙土淋洗,防止山地和坡地径流,提高绿化效率,恢复土壤生物群。
  • SAP 可以减少田间化肥和农药的过度使用。被水吸收的化学物质会缓慢释放,从而延长根系的使用寿命和吸收效率。
  • SAP 充当土壤物质絮凝剂。它们紧密地结合松散的土壤,从而形成有助于更好地锁根的壤土。同时,反复的吸收释放机制防止了土壤矿物质的过度压实,为土壤土壤的通气和发育提供了空间。
  • 其应用领域广泛,涵盖农业、林业、工业化种植、市政园林、干旱治理、水利保护等,有助于减少地表径流造成的水土流失、肥料和农药淋失到地下水,降低水和灌溉成本,农作物的生长成功率和高产。

用于卫生用品

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,

指标笔记
吸收率它影响纸尿裤的尿液吸收率。
液体渗透性它有助于尿布快速吸收尿液均匀。
0.9% NaCl 中的吸收它影响纸尿裤的尿液吸收能力。
压力下吸收它影响尿布的尿液吸收能力(在压力下)。
离心后保留容量它会影响尿布(更换时)的尿液吸收能力。

婴儿尿布

婴儿尿布由三种基本设计组成:多孔顶层、吸收芯层和防漏底层。吸水芯层含有高吸水性树脂。

婴儿纸尿裤对SAP有以下要求:

  • 吸水性好,
  • 吸收宝宝多次排尿后吸收尿液的能力,
  • 在婴儿身体运动产生的剪切力作用下,保持不溢出,并具有持续吸收尿液的能力。

成人纸尿裤

成人失禁材料的使用者大部分是因各种伤害和疾病而导致瘫痪、失禁或丧失行为能力的成年人或老年人,也有少数是因长时间工作不便而不得不使用的消费者,主要是以尿布的形式。

成人纸尿裤的结构主要分为4层,从顶层到底层分别是表层覆盖材料、集液扩散传递层、吸液芯、背层材料,此外还有裤腿护罩、弹性材料和热熔胶等构件。

其中,吸收芯是成人失禁材料的关键功能层,主要由绒毛浆和颗粒状高吸水树脂组成。


卫生巾

卫生巾必须吸收的液体更为复杂,是水、盐和细胞的更粘稠的混合物。

由于细胞非常大,高吸水性聚合物很难将它们吸收到网络结构中。因此,通常将表面活性剂施用于超吸收性聚合物颗粒的表面以改善对血液的分散性。


改善卫生用品中的 SAP

目前SAP的研究主要集中在:降低成本、提高吸水后的凝胶强度、提高聚合物的耐盐性。

提高吸水后的凝胶强度

为了提高水凝胶吸水后的强度,主要是进行表面交联后处理,以减少水溶性部分的含量。科学家Lind和Smith用表面活性剂和烯烃添加剂的混合物处理丙烯酸树脂,将残留单体含量降低至50毫克/千克。

提高聚合物耐盐性

在提高聚合物的耐盐性方面,采用SAP与离子交换树脂混合的方法,利用离子交换树脂的离子交换特性,降低水溶液的离子浓度,从而提高吸水率SAP 到盐溶液中。 SAP与无机水凝胶的复合物是基于无机水凝胶良好的耐盐性,阴离子SAP与无机水凝胶结合形成凝胶复合物有利于提高SAP的耐盐性。


用于各种工业产品

随着时间的推移,SAP 由于其在水威慑方面的日益普及和高效,正在被越来越多的行业和应用所采用。

一些应用如下,

用于防水电缆

就各种电缆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,

  • 展开高度;
  • 颗粒大小。

装在冰袋里

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。

充气防洪沙袋

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。

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。

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。


经常问的问题

聚丙烯酸钾可以重复使用吗?

是的。聚丙烯酸钾吸水后变成凝胶状。凝胶将水分释放到植物根部后,又会恢复到颗粒状态。聚丙烯酸钾颗粒可再次吸收雨水或灌溉水。

聚丙烯酸钾在土壤中的寿命与土壤含盐程度和当地温度有关。通常可以长达数年。


聚丙烯酸钠会流入下水道吗?

对于聚丙烯酸钠凝胶来说是的。它会慢慢分解成水、二氧化碳和一些钠离子,不会造成环境污染。

提示:聚丙烯酸钠粉末具有很强的吸水膨胀性能。这会导致马桶堵塞。


如何

聚丙烯酸钠是如何生产的?

很多人问我“聚丙烯酸钠是天然的吗?”。我们首先需要了解聚丙烯酸钠的生产工艺。

生产聚丙烯酸钠有四种方法:共聚物化学、凝胶聚合、溶液聚合和悬浮聚合。

以下是会议的通用流程图:

如您所见,聚丙烯酸钠不是天然产品。

提示:有一种通过淀粉接枝生产的聚丙烯酸钠。制造商声称它是“天然产品”。作为一个噱头。

理论上,聚丙烯酸钠可以应用于所有需要吸水或锁水的应用。但如前所述,它不能用于农业保水。这将在后面详细解释。


聚丙烯酸钾如何用于植物?

您可以先制作聚丙烯酸钾凝胶,然后将其与土壤混合。


聚丙烯酸钾对环境安全(可生物降解)吗?

是的。与聚丙烯酸钠不同,聚丙烯酸钾可以分解为水、二氧化碳和钾,可以改善土壤并提高肥料效率。


聚丙烯酸钠可以在食品中使用吗?

尽管“食品级聚丙烯酸钠”的说法并不明确。已经存在很多年了,没有一家制造商声称能够生产它。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为严格,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(作为肥料)安全吗?

虽然聚丙烯酸钠的价格比聚丙烯酸钾低很多,但用它作为保水剂却是异想天开。

列出一些不应该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,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。


什么

聚丙烯酸钾有什么用途?

聚丙烯酸钾是一种用于农业的高吸水性聚合物。它可以改良土壤

将其掺入土壤中,可大大增加土壤的持水能力。


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。


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。)


吸水率是多少?

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,吸水率就会大大降低。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。


在哪里

哪里可以买到聚丙烯酸钠/聚丙烯酸钠?

购买散装聚丙烯酸钠。

对于大宗采购,通常供应商的最小采购量为500KG。

简单的 Google 搜索就会发现该产品的专业供应商,例如Www.Sapgel.com

在线购买聚丙烯酸钠

一些科学实验可能只需要500克或1公斤聚丙烯酸钠。

那么你可以考虑从亚马逊购买。


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。


为什么

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是如何工作的。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,遇水立即发生电解,离解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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