第一講—高吸水性聚合物

讓我來介紹一下您最近比較有興趣的SAP！具有高吸水功能，可吸收比自身重數百至數千倍的水，並具有優異的保水性能。一旦吸水膨脹成水凝膠，即使加壓也很難將水分離。因此，它在個人衛生用品、工農業生產、土木工程等各個領域有著廣泛的用途。

高吸水性樹脂是一類含有親水性基團和交聯結構的高分子材料。它首先由芬達等人將澱粉與聚丙烯腈接枝，然後皂化而生產。依原料分有澱粉系列（接枝、羧甲基化等）、纖維素系列（羧甲基化、接枝等）、合成聚合物系列（聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氧乙烯系列等）幾大類。與澱粉、纖維素相比，聚丙烯酸高吸水性樹脂具有生產成本低、製程簡單、生產效率高、吸水能力強、產品保質期長等一系列優點。已成為目前該領域的研究熱點。

這個產品的原理是什麼？目前，聚丙烯酸佔世界高吸水性樹脂產量的80%。高吸水性樹脂通常是含有親水性基團和交聯結構的聚合物電解質。在吸水之前，聚合物鏈彼此靠近並纏結在一起，交聯形成網狀結構，從而實現整體緊固。當與水接觸時，水分子會透過毛細作用和擴散滲透到樹脂中，鏈上的電離基團在水中電離。由於鏈上相同離子之間的靜電斥力，聚合物鏈拉伸並膨脹。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。在逆滲透壓力的作用下，水進一步進入樹脂，形成水凝膠。同時，樹脂本身的交聯網絡結構和氫鍵作用限制了凝膠的無限膨脹。當水中含有少量鹽時，逆滲透壓會降低，同時由於反離子的屏蔽作用，高分子鏈會收縮，導致吸水能力大大下降。一般高吸水性樹脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力僅為去離子水的1/10左右。吸水性和保水性是同一問題的兩個面向。林潤雄等.在熱力學中討論了它們。在一定的溫度和壓力下，高吸水性樹脂能自發吸收水，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，不利於系統的穩定性。差熱分析表明，在150℃以上，高吸水性樹脂所吸收的水份仍有50%被封閉在凝膠網絡中。因此，即使在常溫下施加壓力，水也不會從高吸水性樹脂中逸出，這是由高吸水性樹脂的熱力學性質決定的。

下次再說SAP的具體用途。