你见过魔术“消失的水”吗?魔术师把水倒进杯子里,然后把杯子的底部朝上,杯子里的水不会流下来。那么是什么让水消失了?今天,来看看这个魔法的关键——高吸水性树脂。
魔术中杯子里的水去哪了?原来杯子里藏着一种粉末,叫做高吸水性树脂。它是一种新型的功能性聚合物材料,可以吸收比自身重百倍甚至千倍的水。当它吸水膨胀之后,它会与水凝固,变成一种水凝胶,具有超强的锁水能力,因此水不会流出,即使用力挤压也不会漏水。
纸巾、毛巾和海绵是日常生活中用来吸水的材料,它们可以吸收自身重量约20倍的水。他们的保水性不强,用力挤压水就会漏出。在高分子吸水树脂面前,它们都不值一提。与纸张、棉花、海绵等材料类似,它的吸水能力主要通过羧基、羟基等亲水基因与水分子之间的强烈的氢键作用来实现。不同之处在于,后者的亲水基因含量远高于前者,分子链网格结构可以高度溶胀,进一步将水分子束缚其中,从而获得超强的吸水性能。
高吸水性树脂和土豆有什么关系?事实上,土豆中富含的淀粉可以是它的来源。淀粉一般不溶于水,但在水中加热后,结晶区的弱氢键被破坏,结晶区消失,水合膨胀开始,粘度增加。这种现象被称之为糊化。
制造其的淀粉主要选用玉米淀粉和小麦淀粉,土豆、红薯和大米的淀粉也可以用作原料。根据人类生活的需要,科学技术不断发展,高吸水树脂的淀粉制备方法不断改进,现在已经成为一项相对成熟和方便的技术。不仅淀粉,纤维素、壳聚糖等天然聚合物都是很好的来源。
合成聚合物也是一个重要的来源,比如聚丙烯酸(PAA),聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯醇(PVA)等。聚丙烯酸和聚丙烯酸钠是应用最广泛的保水剂,具有优异的吸水性和保水性。聚乙烯醇(PVA)具有类似聚丙烯酸的吸水性,在细菌酶的帮助下,可以被降解,大大提高其应用价值。
一般来说,纤维素、淀粉、壳聚糖等天然树脂在降解和生物相容性方面具有优势,可以避免环境污染。然而,它们的提取和改性过程复杂,生产成本高于某些合成聚合物。合成树脂与天然聚合物相比,通常具有成本低、使用寿命长、吸水率高等优点,但降解困难,容易造成环境污染。因此,科学家们不断探索,试图将天然聚合物与合成聚合物的优势结合起来,以获得更好的应用前景。
基于高吸水性树脂独特的强吸水性和高保水性的特点,它在许多领域都被广泛使用。在日常生活和卫生用品中,婴儿纸尿裤和妇女卫生用品的使用是最常见的。了解高分子吸水树脂的相关知识有助于人们更好地理解和使用这种材料。
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