首次演講—超強吸水性聚合物

讓我來介紹一下您最近比較有興趣的SAP！超強吸水聚合物（SAP）是一種新型功能性聚合物材料。它具有極高的吸水能力，能夠吸收自身重量數百倍甚至數千倍的水，並且具有優異的保水性能。一旦吸水膨脹成水凝膠，即使施加壓力也很難將水分離出來。因此，它在個人衛生用品、工農業生產以及土木工程等領域有著廣泛的應用。

超吸水性樹脂是一種含有親水性基團和交聯結構的大分子聚合物。它最初由芬達等公司將澱粉與聚丙烯腈接枝，然後皂化製備而成。依原料的不同，超吸水性樹脂可分為澱粉系列（接枝、羧甲基化等）、纖維素系列（羧甲基化、接枝等）及合成聚合物系列（聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氧乙烯系列等）等。與澱粉和纖維素相比，聚丙烯酸超吸水性樹脂具有生產成本低、製程簡單、生產效率高、吸水性強、保質期長等諸多優點，已成為該領域的研究熱點。

本產品的原理是什麼？目前，聚丙烯酸佔全球超吸收性樹脂產量的80%。超吸收性樹脂通常是一種含有親水性基團和交聯結構的聚合物電解質。在吸水前，聚合物鏈彼此靠近並相互纏結，交聯形成網狀結構，從而實現整體的緊密結合。當與水接觸時，水分子會透過毛細作用和擴散作用滲入樹脂內部，鏈上的離子基團在水中發生電離。由於鏈上同種離子之間的靜電斥力，聚合物鏈伸展並膨脹。由於電中性的要求，反離子無法遷移到樹脂外部，樹脂內外溶液的離子濃度差形成逆滲透壓。在逆滲透壓的作用下，水進一步進入樹脂內部形成水凝膠。同時，樹脂自身的交聯網絡結構和氫鍵限制了凝膠的無限膨脹。當水中含有少量鹽分時，逆滲透壓會降低，同時，由於反離子的屏蔽作用，聚合物鏈會收縮，導致樹脂的吸水能力大幅下降。通常，超吸水樹脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力僅為去離子水的十分之一左右。吸水和保水是同一問題的兩個面向。林潤雄等人從熱力學的角度對此進行了討論。在一定的溫度和壓力下，超吸水樹脂可以自發性吸收水分，水進入樹脂，降低整個系統的自由焓，直到達到平衡。如果水從樹脂中逸出，增加自由焓，則不利於系統的穩定性。差示掃描量熱分析表明，在150℃以上，超吸水性樹脂吸收的水分仍有50%被包裹在凝膠網絡中。因此，即使在常溫下施加壓力，水分也不會從超吸水性樹脂中逸出，這由超吸水性樹脂的熱力學性質決定。

下次請說明SAP的具體用途。