淀粉类高吸水树脂的研究进展

合集下载

高吸水性树脂的研究进展

团和疏水基团的交联型高分子电解质。
ｐＨ值为３，能力为９Ｌｇｐ值为７５时，上时吸水５ｍ／；Ｈ．则
不溶于水，难溶于有机溶剂，有吸收自身重量几百倍也具
子和阳离子，子固定在高分子链上，阴离阳离子则可以自
由移动。随着亲水基团的进一步解离，阴离子数目增多，
阴离子间的静电斥力使树脂网络扩张，同时为了维持电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，导致阳离子在树脂网络内浓度增大，网络内外产生渗透压，分子通过渗透从而水压作用向网络内渗透溶胀。由高分子弹性力学模型可知，高分子链伸展到一定程度会慢慢回缩，存在弹性回缩即力，吸水时高分子网链扩展，引起该网链弹性收缩，渐又逐
了展望。
关键词：高吸抽｝树脂；生吸水机理；能特征；性研究进展中图分类号：Ｑ２Ｔ３２
—
文献标识码：Ａ
文章编号：６１７６（０１０－０９０１７－８４２１）５００－４
夺・・・夺．
・・争一・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・夺 — ｝夺夺夺夺夺串夺夺夺夺夺孛夺夺夺夺夺夺夺 ÷ 孛夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺夺

甘薯淀粉接枝丙烯酸制备高吸水性树脂的研究

Ａ聚合装嚣一套；Ｒ；真空干燥装置。１２实验方法．
等）经轻度交联形成一个具有主链、链和低交联，支
度的三维网络结构。淀粉类高吸水性树脂除具有一般高吸水性树脂的吸水容量大、吸水速度快及保水
１．淀粉接枝丙烯酸的制备．１２当恒温水浴的温度升到８％后，５在装有氮气保护管、度计和冷凝管的２０［烧瓶中加入配温５ｍ１Ｊ制好的一定浓度的淀粉乳，后通人氮气，然同时降低体系温度，依次加入引发剂溶液．再单体．交联剂以及催化剂，枝２，枝完成后，止通氮气，接ｈ接停向Ｅ烧瓶中加入一定浓度的ＮＯｌａＨ，并升高温度进行皂化，皂化完成后加入冰乙酸涮节皂化液的ｐＨ值到７，无水乙醇沉淀皂化物加入
维普资讯
２００６年第３７卷第７期
文章编号：０６４８（０６０ — ０－３１０ — １４２０）７００１０
《浙江化＿》Ｔ
甘薯淀粉接枝丙烯酸制备高吸水性树脂
的研究
袁静・，张春荣ｚ（、江天正设计工程有限公司，浙江杭州３０１；１浙１０２
甘薯淀粉，浙薯１、薯２号、分号浙徐薯１淀粉８ｊ种，ｒ浙江省农科院作物与核技术研究所提供：均ｆ１
过硫酸铵，Ｒ；丙烯酸，ＰＮ，亚甲基双丙稀酰ＡＣ；Ｎ一

高吸水性树脂的制备与应用研究

高吸水性树脂的制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前的研究现状进行了分析。

高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍的水,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优良的保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域。

1 高吸水性树脂的分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有的品种及其发展可按以下几个方面进行分类。

1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等。

2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。

3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等。

1.2 按亲水基团的种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。

1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状。

2 高吸水性树脂的发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用的吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等。

50年代，科学家通过大量的实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料的发展奠定了理论基础。

高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来的，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目的是在农业和园艺中作为植物生长和运输时的水凝胶，保持周围土壤的水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性的物质具有优越的吸水能力的论文，指出淀粉衍生物具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往的高分子材料。

淀粉系列高吸水树脂的研究概况

ａｐｌｃｔｏｎｐｉａｉ
高吸水树ｌＳｐｒＡｓｒｅｔｏｙｒＳ）￣（ｕｅｂｏｂｎｌｍｅ，ＡＰＰ又称超强吸水剂，一种含有羧基、是羟基等强亲水基
是近年来深受人们重视，展较快的新型高分子材发
１淀粉系列高吸水树脂的结构及作用
机理
淀粉系列高吸水性树脂是指淀粉与乙烯基单体在引发剂的作用下或经过辐射制得的吸水性淀粉接枝共聚树脂引。以淀粉接枝丙烯酸类超强吸水剂为
ｐｌｍｅｉｔｎｍｅｈｄ，ｍａｏａｔｒａｄｔｅｐｏｅｔｓｏｈｕｅｂｏｂｎｅｉ．Ｔｈｏｙｒａｉｔｏｓｚｏｊｒｆｃｏｎｈｒｐｒｉｆｔｅｓｐｒａｓｒｅｔｒｓｅｎｅ
ａｐｉａｉｎｏｈｓｒｓｎｉｈｉｌｓｏｅｓｎｌｃｒｒｄｃ，ｍｅｉａｒａｍｅｔｐｌｔｏｆｔｉｅｉｎｔｅｆｅｄｆｐｒｏａａｅｐｏｕｔｃｄｃｌｔｅｔｎ，ｂｉｉｇｕｌｎｄ
ｍｏｅａｅｙｏｙｒｐｉｃｍｏｏｒｔｃｎａｓｒｅｅａｕｄｅｉｓｔｅｅａｈｕａｄｄｒｔｌｆｈｄｏｈｌｎｍｅ．ＩａｂｏｂｓｖｒｌｎｒｄｔｍｅＯｓｖｒｌｏｓｎｉｈｔ
摘要：高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料，由含强亲水性基团的单体经过适度交联使其能够吸收上
百倍甚至上千倍的水。本文从吸水机理、合方法、响因素及树脂的性能等方面综述了淀粉系列高吸水树聚影

高吸水性树脂的生产和应用进展

致。
ＳＰ保水性能影响不大，是由于高分子网络结构所方法。粉分子中的葡萄糖单元与Ｃ “络合成一种稳Ａ淀ｅ１３吸水性快．
很强的吸水基团，吸水速度较快，通常几十秒内可达
量。
吸水总量的６％一７％，分钟内可达１０的吸水接枝率：二乙基胺＞三乙基胺＞氨水＞吡啶。卓仁禧００几０％
化材料、筑、建石油化工、日用化工、品、纸、食造化妆
２高吸水性树脂的制备方法
高吸水性树脂从制备使用的原料出发，大致可分为天然淀粉类、纤维素衍生物类和合成树脂三大类。
目前主要有两种形式：是将淀粉与丙烯腈接枝共聚一
对高吸水性树脂国内外的生产、市场近况和在研究、生产及应用方面的新进展作了详细论述，最后对高吸水性树脂在国内的市场
前景进行了分析。
关键词
吸水性树脂
树脂
单体接枝
淀粉
聚合
高吸水性树脂（Ａ）ＳＰ是一种新型功能性高分子材现，树脂和黏膜无刺激、过敏反应。对无料，它有优异的吸水、水功能，吸收自身重量数百保可倍到数千倍的水，高可达５０最３０倍。由于高吸水性树脂的超吸水和保水性能，使其在农业、业、林医药、生

高吸水性树脂在农林业上应用的研究进展

７℃反应３６，Ｏ —ｈ分离冷却干燥后所得即为产品。
１１．．２聚丙烯酰胺树脂的制备
采用丙烯酰胺的水溶液通过油溶性的乳化剂，分散在部分有机溶剂中，然后加入引发剂和交联剂。结果得到细颗粒状或乳液状的聚合物。抽滤或破乳即可得
３影响高吸水性树脂吸水性因素
（）网络结构（１即交联密度）涉及到合成高吸水性：树脂时所用交联剂的用量及反应温度和反应时问。适度交联既可保证网络的充分舒展，还可提供足够强度的胶体。从而使高吸水性树脂达到最大吸水量而不破
一
定量的溶剂悬浮在反应器中充分搅拌分散后，加入由
氢氧化钠中和至一定中和度的丙烯酸起不到保水作用【ｌ】。我国是一个农业大国，但水土流失和沙漠化已使
土地质量每况愈下，农产品质量和数量也相应受到威胁，给人们的生活质量造成了潜在性的危机。高吸水性
此外，９４年林颐庚Ｉ功地将腈纶废丝变为高１８５］成吸水性树脂。其合成方法是用腈纶废丝得到羧基或酰
然高分子原料与烯类单体接枝共聚，再进行适度交联，产品为半和成树脂；另一条是完全用合成单体经交联聚合而得，产品为合成树脂。１１半合成高吸水性树脂的制备．
２３吸水机理三．
农林、草、牧蔬菜上的应用已多有报道。小林等人Ｉ于攀 ” １９９４年研究高吸水性树脂对作物生长土壤结构及土壤

高吸水树脂的性能研究

高吸水树脂的性能研究<em>打开文本图片集摘要：高吸水树脂由低分子单体丙烯酸与大分子母体马鈴薯淀粉通过本体聚合反应聚合而成。

利用扫描电镜、红外光谱仪、元素分析仪等分析手段对高吸水树脂进行表征，并通过合成普通高吸水树脂及含氮高吸水树脂测试了该树脂吸纯水、自来水、生理盐水、人工尿、人工血、不同的盐溶液中和不同pH 值溶液中的吸水性能的探究。

关键词：高吸水树脂；结构表征；性能探究；吸水速率；耐盐性1 引言高吸水树脂（Super Absorbent Polymer，SAP）又称超强吸水剂，是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并且呈三维交联网状结构的功能性高分子电解质材料。

高吸水树脂的性能远优于传统的吸水材料如纸、棉花、海绵等，其优点和特点如下：不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收相当于其自身重量几百倍乃至几千倍的水；其吸收的水分不易用机械压力压出，具有优异的保水功能；在吸收水分后能形成一定强度的凝胶，且对生物组织无刺激作用；使用方法简单，具有低成本、高效益的绿色环保性[1]。

因其优异的亲水特性，高溶胀比和生物相容性，高吸水树脂被广泛应用于农业[2]、生物医学领域作为抗菌材料[3]、组织工程[4]，和生物传感器[5-6]，去除重金属[7]和药物传递[8-9]等领域是近年来深受人们重视、发展较快的新型功能高分子材料[10]。

2 实验内容2.1 高吸水树脂的合成2.1.1 合成方法普通高吸水树脂的合成[11]：将马铃薯淀粉和去离子水在搅拌下充分混合，加热糊化，然后冷却至室温。

加入提前中和好的丙烯酸、引发剂和交联剂，在氮气保护下于室温搅拌均匀混合。

搅拌下缓慢升温，当温度达到60℃时停止搅拌。

此后继续逐步升温，当温度达到90℃-100℃继续加热使其在该温度范围内反应1-2小时，停止通氮气，冷却至室温。

将产品取出，烘箱中烘干至恒重，粉碎，筛分出需要的粒度，即得高吸水树脂。

含氮高吸水树脂的合成[12]：将普通高吸水树脂用氨水浸泡一定时间，再用95%乙醇离析，干燥，粉碎，即得含氮高吸水树脂。

淀粉接枝共聚吸水树脂的研究进展

研究进展及应用，并对其存在问题和今后发展方向进行了展望。
关键词淀粉；制备方法；化学引发；接枝共聚；吸水树脂
分类号Ｔ３１２Ｑ２．
ＡｄａｅｉｖｌｐｅｔｏｉｈＷａｅ－ａｓｒｎｔＳａｃＧｒｆｐｌｍｅｓｖｎｃｓｎＤｅｅｏｍｎｓｆＨｇｔｒｂｏｂｅｔｒｈａｔＣｏｏｙｒ
王永周。陈美。曾宗强。，② ）） ③ ）
（１海南大学材料与化工学院海南儋州５１３；７７７
２农业部天然橡胶加工重点开放实验室广东湛江
摘要
５４０１２０１
介绍了淀粉接枝引发的种类，综述了淀粉接枝丙烯腈类，丙烯酸类和丙烯酰胺类三大系列吸水树脂的
ＷＡＮＧｏｇｈｕ，ＣＨＥｉＺＮＧＺｏｇｉｎ。Ｙｎｚｏ。ＮＭｅ。Ｅｎｑａｇ
（Ｃｌｇｆａｅａｎｈｍｉｌｎｉｅｒｇａａｎｖｒｔａｚｏ，Ｈｉａ７７７１ｏｅｅｏｔｉｓｄＣｅｃｇｎｅｉ，ＨｉｎＵｉｅｉ，Ｄｎｈｕａｎ５１３；ｌＭｒｌａａＥｎｎｓｙｎ
淀粉接枝共聚的制备方法有化学方法、波方微
法和辐射方法。
１１化学引发法．
① 收稿日期：２０ — ２２０８０～２责任编辑／曾莉娟

淀粉系高吸水性树脂化学制备方法的研究进展

淀粉系高吸水性树脂化学制备方法的研究进展摘要:本文综述了淀粉系高吸水树脂的化学制备方法。

主要分析了常见两种方法的制备原理。

对淀粉系高吸水树脂的发展前景作了展望。

关键词:淀粉系高吸水性树脂制备方法自由基Research and Advance of Chemic Preparation of Starch Super Water Absorbent ResinAbstract:The chemic preparation of starch super water absorbent resin are reviewed in this paper.The principle of is analyzed for two normal methods of preparation.Prospect of starch super water absorbent resin is made in this paper.Key words:Starch super water absorbent resin;Methods of preparation;Free radical淀粉系高吸水性树脂是一种新型的高分子材料。

该类材料的特点是能够吸收其自身重量几百倍甚至上千倍的水并且具有优良的保水性能。

淀粉系高吸水性树脂一般通过淀粉接枝共聚反应制得。

制备该类材料的原料来源广,生产成本低。

同时淀粉系高吸水性树脂可以广泛的应用于卫生医药方面和农林园艺及荒漠化治理方面[1]。

制备淀粉系高吸水树脂的方法有很多种,本文综述了常见的四种制备淀粉系高吸水性树脂的化学方法:淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸(盐)、淀粉接枝丙烯酰胺、淀粉接枝丙烯酸酯。

1 淀粉接枝丙烯腈淀粉接枝丙烯腈,常用的制备方法有自由基接枝共聚和催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚[2]。

自由基接枝共聚的原理是:(1)自由基产生:利用氧化剂、α,β,γ射线、偶氮化合物和过氧化物夺取带羟基(-OH)碳原子上的氢,而产生自由基,使淀粉氧化成初级自由基;(2)链增长:产生的自由基引发单体丙烯腈(或α-甲基丙烯腈),产生淀粉-丙烯腈自由基,继续与丙烯腈进行链增长聚合;(3)最后发生链终止。

我国高吸水性树脂的制备及性能研究进展

专论与综述我国高吸水性树脂的制备及性能研究进展杨晓玲(青岛化工学院化工系,山东青岛　266042) 摘　要:介绍了我国近20年来高吸水性树脂的研究情况。

关键词:高吸水性树脂;超强吸水树脂;接枝共聚物;吸水剂中图分类号:T Q325 文献标识码:A 文章编号:1003-0840(2001)01-0016-04 近年来,一种新型的高分子材料以其优异的吸水性能和广阔的应用领域越来越受到人们的重视,并发展成为一个专门的科学领域,它就是高吸水性树脂,亦称超强吸水剂。

1　我国高吸水性树脂的制备研究我国于80年代初开始进行高吸水性树脂的研究。

1982年中科院化学所的黄美玉等人[1]在国内最先合成出以二氧化硅为载体的聚- -巯丙基硅氧烷为引发剂,吸水能力为400倍的聚丙烯酸钠类高吸水性树脂,之后有关高吸水性树脂的专利和文献报道逐渐增多,在80年代后期已有20多个单位进行了开发工作,并有少数单位已进行生产。

90年代末我国已将其应用列为重大科技推广项目在农业方面应用。

如吉林省将其用于移植苗木,新疆、河南和甘肃等省用其改良土壤。

但由于目前高吸水性树脂的价格较高,至今收效甚微。

1.1　淀粉-丙烯腈接枝共聚以淀粉-丙烯腈接枝共聚制备高吸水性树脂的单位有[2]:兰州大学、南开大学、上海大学、黑龙江科学院石化所、太原工业大学、湖北省化学研究所、海南师范学院、中科院长春应用化学所、宁夏计量研究所、中科院成都有机化学研究所、青岛化工学院[3]等。

制备实例[4]:将50g玉米淀粉与850m L蒸馏水调匀,加入三口烧瓶中,然后加入3g37%甲醛,水浴加热,搅拌成糊,冷却至室温,依次加入76g丙烯腈,14g硝酸铈铵溶液(1.25g硝酸铈铵用12.75 g1mo l・L-1硝酸溶解制得),搅拌均匀,用50%NaOH调至pH为7,通入氮气,在氮气保护下,至室温搅拌2h,加入200m L蒸馏水,水浴加热至82℃,保温搅拌20min,驱尽过量丙烯腈,加入100g 50%NaOH,升温至80～90℃,保温搅拌皂化2h,至出现淡黄色为止,用冰乙酸调pH至7,迅速加2000m L无水甲醇,搅拌下纯化,蒸出过量甲醇,冷却至室温,抽滤,于60℃真空干燥,制得的吸水树脂吸蒸馏水量为1650g・g-1,吸人工尿为130g・g-1。

高吸水树脂应用与发展

高吸水树脂的发展与应用摘要：高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料，由于它具有很强的吸水性和优良的保水性，近年来，高吸水性树脂的开发在我国发展较快。

在工业、农林、园艺及日常生活等方面具有广阔的应用前景。

介绍了高吸水树脂的研究状况、应用现状、发展现状及其在各方面的应用，并讨论了改进高吸水树脂性能的方法以及目前的主要研究趋势，并对对今后的研究发展进行了展望并提出建议。

关键词：高吸水树脂；现状；应用；发展一、高吸水树脂1、高吸水性树脂的定义高吸水树脂 (super —absorbent Polymer，简称SAP)，是一种出现与2O世纪60年代的一种经适度交联的具有三维网络结构的新型功能高分子材料。

由于该材料分子中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团而具有高分子电解质的分子扩张性能。

同时，由于微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张，使得分子在水中只溶胀不溶解，具有奇特的吸水和保水能力，它能吸收相当于自身重量几百倍甚至几千倍的水，并有很强的保水能力，已经被广泛应用于农林、园艺、工业、医疗、环保等各个领域。

2、高吸水树脂的特点（1）吸水量高常用的吸水材料海绵等吸水能力为自身重量20倍左右，而淀粉类树脂可吸收自身重量的数百千倍的水。

（2）保水性好普通吸水材料吸水后，受到压力，易放出水，但高吸水性树脂受压，水不容易从树脂中放出来，也就是说它在外加压力下仍具有良好的保水性。

（3）热稳定性好不同吸水树脂，有不同的热稳定性。

淀粉类在150度加热1h，开始变黑，吸水能力下降，如把高吸水树脂储存在密封容器中，可储存3-4h，其吸水能力不变。

（4）增稠性高吸水性树脂吸水后呈水凝状，比普通水溶性的更高的黏度，明显的增稠效果。

3、高吸水树脂的分类（1）淀粉类淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。

与淀粉进行接枝共聚应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的乙烯类单体。

目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。

高吸水性树脂的发展、结构及吸水理论研究现状

放湿性。该吸水性树脂最初由Ｈｅｌ司实现工业ｎｄ公化生产，商品名为ＳＰ其Ｇ。６Ｏ年代末至７０年代，国Ｇａ美ｒｉｎ—ｐｏｅｓｇｒｅｓｉ、ｎ
Ｈｒｕｅ、ａｉａｓｒｈｅｅａｌＣｅｉｌ日本ｅｅｌＮｔｎｌａｅ、Ｇｎｒｌｌｈｍｃ、ｓｏｔＭｉｓａ
发展、结构以及吸水理论，并对目前的研究现状进行了分析。
关键词：高吸水树脂；结构；水机理吸
中图分类号：Ｑ２．文献标识码：文章编号：０８— ８１２１）２－０３一３Ｔ３４８Ａ１０３７（００００５ｏ
三维网络结构的新型功能高分子材料，子链上含分有很多强亲水基团，吸收相当于自身重量几百倍能甚至几千倍的水，是以往材料所不可比拟的。高这
材料的品种、造方法、能和应用领域等方面进行制性了大量的研究工作。１７９４年ＧＦＦｎａ等又发表．．ａｔ论文指出皂化淀粉接枝共聚物在３０秒内吸去离子
高吸水性树脂（ｕｅｂｏｈｎｏｙｅ，称ＳｐｒＡｓｔｅｔＰｌｒ简ｍ
住友化学、三洋化成工业等公司相继成功地开发了
高吸水性树脂。此后，国、国等世界各国对吸水德法
ＳＰ，Ａ）是由低分子物质经聚合反应合成或由高分子化合物经化学反应制成，一种经适度交联而具有是

淀粉类高吸水性树脂的研究进展

一
是文献数量最多的研究体系。它主要的制备方法如
图１所示，即将淀粉和水的悬浮液在加热的条件下
糊化，却，氮气，入引发剂（为硝酸铈铵）冷通加多和
丙烯腈，４在０℃ 左右接枝共聚，间约２ｈ时。然后将
关键词：粉；吸水性树脂淀高中图分类号：Ｑ１Ｔ３７文献标识码：Ａ文章编号：０３—５１２０）９— ５１— ４１０２４（０２００４０
高吸水性树脂（ＡＰ）一种含有强亲水性基Ｓ是团，度交联的功能高分子。与纤维素、绵等传统轻海
龙剑英，湛谦宋
（国林业科学院林产化工研究所松脂化学利用研究室，苏南京中江２１０２）０４
摘要：吸水性树脂是目前发展最快的功能高分子材料之一。美国、欧和日本是主要的生产高西和消费地区。我国在这方面起步较晚，是也取得了一定的进展。与当前主流产品丙烯酸类相但
粉上。引发的方法以化学引发为主，采用辐射引发也接枝。聚合方法主要有溶液聚合和反相悬浮聚合。采用的主要合成工艺流程如图１所ｏ
为了增加吸水后胶体强度和防止溶解，究者研们采用含有多个功能团的交联剂，分子间发生轻使

淀粉类高吸水性树脂的研究及其应用

维普资讯
精细石油化
３０
工
进展
第
ＡＤＶＡＮＣＥＳＮＦＮＥＰＲＯＣＨＥＭＩＩＩＥＴＣＡＬＳ
能及其应用。
关键词淀粉高吸水性树脂
高吸水性树脂亦称超强吸水剂，于２是０世纪６年代出现的新型功能高分子材料。它除具有０
一
以不同的原料开发吸水性材料。此后世界各国对高吸水性树脂品种、能和应用等方面进行了大性量的研究，中以美国和日本取得的成效最大。其我国的高吸水性树脂研制工作起步较晚，始于８代，南工学院张力田教授于１８０年华９２年对国际上有关吸水性树脂所取得的成就作了综述，１８９８年我国开始有高吸水性树脂专利。从８０年代开始至今对高吸水性树脂进行研究的单位和企
１国内外发展状况
近年来国内外引入了微波合成技术，得高使吸水性树脂的合成有望实现清洁节能化工艺，并
可降低生产成本，规模推广应用前景光明。还大
有研究人员探索采用其他辅助技术，丙烯酰胺如固相超声波法合成、７射线照射淀粉接枝丙烯
质水溶液也具有很强的吸水能力，具有良好的并凝胶强度及适宜的发粘感。目前北京轻工业学院
纤维素和人工合成三大系列。由于淀粉广泛存在于生物界，料来源广泛，原种类多，产极为丰富，而且它在生物降

高吸水性树脂制备与应用研究报告

高吸水性树脂地制备与应用研究论文关键词：高吸水树脂；吸水机理；结构论文摘要：本文介绍了淀粉类、纤维素类、共聚合类、复合类以及可生物降解类高吸水性树脂及其发展、结构以及吸水理论,并对目前地研究现状进行了分析.高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，由于它能吸收自身质量几百至上千倍地水,且吸水膨胀后生成地凝胶具有优良地保水性,因而广泛地应用于农业、林业、园艺等领域.1 高吸水性树脂地分类高吸水性树脂发展迅速，品种繁多，根据现有地品种及其发展可按以下几个方面进行分类.1.1 按原料来源主要分类1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等.2纤维素系：包括纤维素接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等.3合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等.1.2 按亲水基团地种类分类①阴离子系：羧酸类、磺酸类、磷酸类等；②阳离子系：叔胺类、季胺类等；③两性离子系：羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类等；④非离子系：羟基类、酰胺基类等；⑤多种亲水基团系：羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等.1.3 按制品形态可分四类：粉末状；纤维状；膜状；圆颗粒状.2 高吸水性树脂地发展2.1国外发展上世纪50年代前，人们使用地吸水材料主要是天然产物和无机物，如多糖类、纤维素、硅胶、氧化钙及磷酸等.50年代，科学家通过大量地实验研究，建立了高分子吸水理论，称为Flory吸水理论，为吸水性高分子材料地发展奠定了理论基础.高吸水性树脂是20世纪60年代末发展起来地，最早在1961年由美国农业部北方研究所Russell等[1]从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其目地是在农业和园艺中作为植物生长和运输时地水凝胶，保持周围土壤地水份；其后Fanta等接着进行研究，于1966年首先发表了关于淀粉改性地物质具有优越地吸水能力地论文，指出淀粉衍生物具有优越地吸水能力，吸水后形成地膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至具有吸湿保湿性，这些特性都超过了以往地高分子材料.首次开发成功后，世界各国对高吸水性树脂在体系、种类、制备方法、性能改进、应用领域等方面进行了大量地研究工作，并取得了一系列地研究成果.1975年美国谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，但直到1978 年才由日本地三洋化成工业率先进行了商业化生产，将高吸水性树脂用于一次性尿布，于1979年在日本名古屋投产了1000吨/年地生产设备[2]，产品远销欧美各国，使其市场潜力和应用研究受到人们地重视.高吸水性树脂地发展也随之进入了一个新地时代.70 年代末美国UCC公司用放射法交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型地高吸水性树脂，其吸水能力高达2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水性聚合物地大门.80年代出现了以天然化合物及其衍生物为原料(藻酸盐、聚氨基酸、壳聚糖、蛋白质等)制取地高吸水性材料，同时，出现了高吸水性复合材料，由于它能改善吸水性材料地耐盐性、吸水速度、水凝胶地强度等许多性能，所以发展迅速.90年代初，吸水性树脂地研究更是突飞猛进.最新开发了对环境友好地聚氨基酸系高吸水性树脂、可生物降解地复合纤维或无纺布材料、高吸水性树脂泡沫、芳香性卫生用品、室内装饰性凝胶材料等.目前，日本触媒、三洋化成及德国Stockhausen 三大生产集团掌握了全球高吸水树脂70%地市场，他们之间均以技术合作方式，进行着世界性国际联合经营，占居了世界主要技术和市场[3].在过去将近20年中，世界高吸水性树脂地市场需求持续强劲增长，图1是全球高吸水性树脂地生产能力和趋势图，从1986年世界高吸水性树脂产量不足0.5万吨/年，到2001年为125万吨/年[4].目前全球对高吸水性树脂生产和需求几乎是直线上升趋势.在本世纪，随着北美、西欧高吸水性树脂市场逐渐进入成熟期，以及亚太和拉美等新兴市场地快速发展，全球对高吸水性树脂地需求将急剧膨胀，全世界对高吸水性树脂地需求将不断增加.2.2国内发展我国从80年代才开始研制高吸水性树脂，1982 年中科院化学研究所地黄美玉等[5]在国内最先合成出聚丙烯酸钠类高吸水性树脂，80年代后期己有20多个单位、研究所、纺织科学研究院与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类地高吸水性树脂，建起国内第一套100吨/年地生产装置.我国高吸水性树脂地消费始于1991年，一些独资或合资企业引进护翼卫生巾生产线，1993年引进尿裤生产线后,消费需求不断增加.1985年北京化工研究院申请了国内第一项吸水性树脂地专利,到2006年底，我国己申请专利200多项，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇衍生物等高吸水性树脂.近年来，医用高吸水材料、生物可降解高吸水材料和有机—无机复合材料地研究也日益增多.如淀粉类可生物降解高吸水材料、聚氨基酸类、可生物降解高吸水性树脂、无机—有机复合高吸水性材料、羟乙基纤维素高吸水性材料地合成及性能研究.在应用研究方面，90年代末，我国己将高吸水性树脂在农业领域地应用列为重大科技推广项目.吉林省开展地移植苗木研究，黑龙江省开展地种子培育研究均取得可喜成就，新疆、河南等省也在研究利用吸水性树脂改良土壤，甘肃省中国科学院兰州化学物理研究所、兰州大学、西北师范大学等许多单位也开展了高吸水性树脂研究工作，开发出一系列新型地有机—无机复合材料、可生物降解地高分子材料以及耐盐耐高温等高吸水性树脂，成功应用于西北干旱土壤改良、油田堵水等工作.高吸水性树脂在我国有着巨大地市场潜力，但在工业化及应用研究方面与国外还有很大差距，我国所需地高吸水聚合物大部分仍需要进口.如何加强高吸水性树脂吸水理论地研究，并开发出性能良好而廉价地吸水性树脂，这些都需要我们作进一步地努力.3．高吸水性树脂地结构与吸水机理3.1 高吸水性树脂地结构高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀，形成高含水凝胶.高吸水性树脂地主要性能是具有吸水性和保水性.要具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定地网络结构，即具有一定地交联度.实验表明：吸水基团极性越强，含量越多，吸水率越高，保水性也越好. 而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱除[6].高吸水性树脂地微观结构因合成体系地不同而呈现出多样性.大多数高吸水性树脂是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酞胺基、羟基等)地三维网状结构所组成，如图1所示.吸水时，首先是离子型亲水基团在水分子地作用下开始离解，阴离子固定在高分子链上，阳离子作为可移动离子在树脂内部维持电中性.由于网络具有弹性，因而可容纳大量水分子，当交联密度较大时，树脂分子链地伸展受到制约，导致吸水率下降.随着离解过程地进行，高分子链上地阴离子数增多，离子之间地静电斥力使树脂溶胀，同时，树脂内部地阳离子浓度增大，在聚合物网络内外溶液之间形成离子浓度差，渗透压随之增大，使水进一步进入聚合物内部.当离子浓度差提供地驱动力不能克服聚合物交联构造及分子链间地相互作用(如氢键)所产生地阻力时，吸水达到饱和.图1 高吸水树脂地离子网络结构3.2 高吸水性树脂地吸水机理文献资料报道，高吸水性树脂吸水机理有多种说法，其中有两种占主要地位，金益芬等[7]认为高吸水性树脂吸水有3个原动力：水润湿、毛细管效应和渗透压.高吸水能力主要由这3个方面地因素决定.水润湿是所有物质吸水地必要条件，聚合物对水地亲和力大，必须含有多个亲水基团（如-OH、-COOH等）；毛细管效应则是让水容易迅速地扩散到聚合物中；渗透压可以使水通过毛细管扩散、渗透到聚合物内部，或者说，渗透压可以使水连续向稀释聚合物固有电解质浓度地方向发动.刘廷栋等[8]则认为当水与高分子表面接触时主要有3种相互作用：一是水分子与高分子中电负性强地氧原子形成氢键；二是水分子与疏水基团相互作用；三是水分子与亲水基团地相互作用.上述两种理论虽然表述不相同，但二者地理论都是建立在高吸水聚合物地主体网络结构基础之上地，实质是相同地.高吸水性树脂吸水后形成高含水凝胶，属于弹性凝胶.高吸水性树脂地出现促进了凝胶学理论地发展，弹性凝胶地基本规律和特性也适用于高吸水性树脂.在研究吸水性树脂地吸水理论中，最具代表性地就是Flory对凝胶研究过程中提出地热力学理论公式以及Omidian等提出地吸水动力学理论.3.2.1 Flory-Huggins热力学理论Flory[9]深入研究了高分子在水中地膨胀后，从聚合物凝胶内外离子浓度差产生地渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶胀平衡时地最大吸水倍数理论公式：（3-1）式中：Q—吸水倍数；Ve/V0—交联密度；(1/2-x1)/V1—对水地亲和力；Vu—单体单元地摩尔体积；i/Vu—固定在树脂上地电荷密度；S—外部溶液地电解质离子强度；式中地分子第一项表示渗透压，第二项表示和水地亲和力，是增加吸水能力地部分；从这个公式可得出：(1)对于离子性高吸水性树脂，由于i/Vu为一个较大值，因此吸水倍数Q较大；而对于非离子性树脂，i/Vu值较小，所以吸水倍数Q较小.(2)分母Ve/V0表示交联密度，因此在相同接枝率地情况下，交联剂用量越少，交联密度越小(要形成有效地三维网络结构)，即分母越小，Q值越大，树脂地吸少能力越好.(3 )对于同一树脂，当外部为电解质溶液时，由于树脂结构是确定地，因而可将Vu，V1，i/Vu，Ve/V0视为常数，同时电解质浓度不是很大时，溶剂与树脂地亲合力与纯水时地差别不大，此时溶液离子强度S越大，Q值越小，且Q5/3与S1/2成反比，这就解释了高吸水树脂在盐溶液中其吸液率急剧下降地原因.但处于吸水状态地高吸水性树脂，显示橡胶地弹性行为，其刚性率G与交联密度成正比.G=RT·Ve/V0 （3-2）吸水倍率Q表示交联密度小时，吸水倍率大，但刚性G则反而降低.显然只控制交联密度是不能同时满足既提高吸水能力，又获得高强度凝胶地高吸水性树脂.进一步解释为，达到吸水极限（吸水倍数最高状态时）地树脂，吸水倍数高时其凝胶地弹性就变差.而具有高吸水能力地树脂没有达到吸水饱和状态时，其吸水凝胶具有一定程度地弹性.这种理论指导地意义在于：仅仅注重追求高吸水倍数地树脂，而不照顾吸水后树脂水凝胶地刚性（弹性）是缺乏实用价值地，如果树脂吸水后变成稀汤状，吸水倍数再高也缺乏实用价值.获得具有良好实用价值地树脂既要兼顾尽可能高地吸水倍数，又要保证一定地弹性“成型”性.3.2.2吸水动力学理论Omidia n等[10]认为，高吸水性树脂吸水时，一方面水向吸水性树脂内部扩散；另一方面组成吸水剂地高分子链在水地作用下彼此分离、扩展.吸水速率取决于水向高吸水性树脂内部地扩散速率以及高分子链在水地作用下扩展地速率.他使用聚合物粘弹理论中地V oigt模型来定量解释高吸水性树脂在溶胀过程中吸水速率随时间急剧下降这种想象，得出了吸水倍率与吸水时间地函数关系式：（3-3）式中：(t)—t时刻地吸水倍率；—Voigt模型中地起始应力；E—V oigt模型中弹簧地弹性模量；—吸水过程中高分子自身扩散时受到地阻力；—水渗透时所受到地阻力.该式较准确地描述了树脂吸水时地时间依赖性.文中还分别得出油溶性交联剂和水溶性交联剂地稳态吸水倍率与单体和交联剂地比值之间地幂率关系式：（3-4）（3-5）4. 高吸水性树脂地制备4.1淀粉系高吸水性树脂地制备淀粉系高吸水性树脂是按自由基型或离子型接枝共聚机理进行.淀粉在引发剂存在下或辐射下，使淀粉变成自由基，淀粉自由基与乙烯类单体反应生成淀粉大分子自由基，继而再与乙烯类单体进行链增长、链终止，从而得到淀粉类高吸水性树脂.4.1.1 淀粉接枝丙烯腈类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯腈及α-甲基丙烯腈符合接枝共聚基本原理，可用负离子催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚，也有自由基型接枝共聚.目前制备吸水性树脂常采用自由基型接枝共聚.淀粉接枝丙烯腈类吸水性树脂由于采用地原料、引发方式、分散介质、反应条件等不同，因而工艺过程有所不同.这里只就一般过程加以说明，其工艺过程如下图2.图2 淀粉接枝丙烯腈类制备高吸水性树脂工艺过程图Hishiki等[11]先用表氯醇和淀粉乳交联,再在硝酸铈铵引发下接枝共聚丙烯腈.所获得地高吸水性树脂在20 ℃下1h可以吸水200 % ，胶体硬度8.0g/ cm3 ,抗酶性85 %.Athawale等[12]研制了玉米淀粉- 甲基丙烯腈接枝共聚凝胶，经硝酸铈铵引发剂处理，在氮气氛保护下，预先凝胶化地淀粉与一定量地甲基丙烯腈接枝共聚，再经氢氧化钠中和、水洗和干燥等，制得淀粉-甲基丙烯腈共聚凝胶，其最大吸水量为250g/ g.郑邦乾等[13]以焦磷酸锰盐为引发剂引发可溶性淀粉与丙烯腈接枝共聚，并通过淀粉-丙烯腈接枝共聚物水解来制备高吸水性树脂.产品吸去离子水倍率达522ml/g，自来水302ml/g，吸合成尿86ml/g.乌兰[14]用硝酸铈铵为引发剂，通过水溶液聚合法制得了玉米淀粉接枝丙烯腈高吸水性树脂，此高吸水性树脂在室温下30min吸蒸馏水和自来水分别为其自身重量地1000倍和200倍.4.1.2 淀粉接枝丙烯酸类高吸水性树脂直接使用丙烯酸、甲基丙烯酸等烯类单体与淀粉进行接枝共聚反应，不需要进行皂化，使工序大大简化（见图3），而且单体丙烯酸、甲基丙烯酸等地毒性比丙烯腈低很多，这可以简化洗涤工序.所以淀粉接枝丙烯酸类来制备吸水性树脂得到了迅速发展.图3 淀粉接枝丙烯酸类制备高吸水性树脂工艺过程图Heidel[15]将淀粉与中和后地丙烯酸、环己烷、脱水山梨糖醇月桂酸单酪、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、过硫酸铵和EDTA 组成悬浮液，经过加热聚合，共沸蒸馏，再和乙二醇二缩水甘油醚交联，得到高吸水性树脂.其吸水和吸合成尿地能力分别为320g/ g 和36g/ g ，5min 吸水倍率为110g/ g 和22g/ g.乐清华等[16]经过工艺改进，取消了淀粉糊化步骤，将未糊化淀粉与丙烯酸共聚，产品性能与糊化淀粉地接枝物相比，抗腐变性和凝胶强度明显提高，且吸水能力仍可达到自重地600～800 倍.项爱民等[17]利用微波合成了淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂，合成地树脂吸水倍率达588g/g，比同样条件下用普通方法合成地树脂吸水率480g/g高.辜英杰等[18]充分利用辐射引发和反相悬浮聚合地优点，用60Coγ射线辐射引发反相悬浮聚合法制备地淀粉/丙烯酸钠高吸水性树脂可吸去离子水约760ml/g，自来水约200ml/g，0.9%地NaCl溶液约55ml/g.经检测发现吸液速率较快，6min内可达吸液饱和，并且在压力下保水性能良好，基本满足农业抗旱保水地需要.4.1.3 淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水性树脂淀粉接枝丙烯酰胺得到地产物含有酰胺基和淀粉基，是非离子型产物，直接作为吸水性树脂，耐盐性高，强度高，吸水速率快.其产物可以用氢氧化钠水溶液进行水解，可以得到两种高吸水性树脂.一种完全水解得到含有羟基、羧基地产物，这与淀粉接枝丙烯酸类产品一样，既有离子基团（-COOH），又有非离子基团（-OH），其吸水性很高；另一种部分水解，可得到含羟基、羧基、酰胺基地产物，为具有多种基团地高吸水性树脂.其吸水倍率、吸水速率、耐盐性、强度等可以通过水解情况进行调节，有可能得到性能全面、符合要求地吸水性树脂；丙烯酰胺常温下为固体，易于处理、保存、运输方便.其制备工艺如图4.图4 淀粉接枝丙烯酰胺类制备高吸水性树脂工艺过程图4.1.4 淀粉接枝丙烯酸酯类高吸水性树脂淀粉/丙烯酸酯类接枝共聚制备地超强吸水性树脂地种类很多，但由于丙烯酸酯类单体地价格远比丙烯腈和丙烯酸类高，而且制造过程（见图5）不如接枝丙烯酸简单，所以不如淀粉接枝丙烯腈类和淀粉接枝丙烯酸类那样发展迅速，但从理论方面研究其接枝反应地人很多.图5 淀粉接枝丙烯酸酯类制备吸水性树脂工艺过程图Prafulla等[19]以淀粉、甲基丙烯酸乙酯为原料，通过接枝共聚制备了一种可降解型高吸水性树脂，经过28 天降解约70%.唐宏科等[20]通过化学引发法来制备淀粉接枝丙烯酸羟乙酯高吸水性树脂.最佳实验条件下，该树脂吸去离子水倍率为560g/g，吸0.9%NaCl率为62g/g.4.2 纤维素系高吸水性树脂地制备纤维素与淀粉相同，原料来源广，能与大量低分子反应，但天然纤维素地吸水能力不强，为了提高其性能，主要通过化学反应使其具有更强或者更多地亲水基团，但仍要保持其纤维状态，以保持其表面积大和多毛吸管性.Yoshimura等[21]以棉花纤维素和琥珀酸酐为原料制备高吸水性树脂，吸水率为400g/g，降解性较好，自然条件下25天可基本完全降解.Christian等[22]采用柠檬酸作交联剂，羟甲基纤维素钠和羟乙基纤维素发生交联反应来制备高吸水性树脂.其吸水率为900g/g.采用该方法来制备吸水性树脂，既可以降低成本，又可以避免产生有毒地中间体.王丹等[23]通过向羟甲基纤维素分子上接枝丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵来制备高吸水性树脂，该树脂具有阴离子、阳离子和非离子等多种亲水基团，通过调节各组分含量及反应条件使分子中各亲水基团发挥协同效应，提高树脂地耐盐性，该两性高吸水性树脂吸去离子水1503g/g.吸生理盐水165g/g.4.3 合成系吸水性树脂地制备合成系高吸水性树脂指完全采用合成地分子结构形成地树脂.按种类，常用地亲水性单体有丙烯酸、丙烯酰胺等具有活性双键地物质，也有采用聚乙二醇、聚乙烯醇等亲水性高分子进行接枝共聚.合成系高分子可以根据性能需要，比较方便地调整结构，实现吸水性能.4.3.1 聚丙烯酸类吸水性树脂地制备Choudhary[24]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸类吸水性树脂，其中丙烯酸用氢氧化钠溶液中和，然后向其中加入水溶性引发剂过硫酸钾，交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气氛围下溶解，得到待聚合液.将环己烷与正庚烷按1：1加入到反应器中来作有机连续相，然后向其通氮气除去氧气，搅拌升温到55℃，然后将待聚合液逐渐加入到反应器中，在80℃反应2h.最后聚合物用甲醇进行洗涤，在50℃真空烘箱中干燥3-4h.该吸水性树脂地吸水倍率为220g/g.陈军武等[25]采用反相悬浮聚合法来制备聚丙烯酸钠高吸水性树脂.60min时高吸水性树脂对去离子水地吸收能力为850g/g，对人工尿为63g/g.无论去离子水或人工尿，吸水树脂均能在50min达到吸收平衡.林松柏等[26]采用聚丙烯酸与高岭土杂化来制备高吸水性树脂，实验结果表明，高岭土地复合可显著提高材料地吸水率可达980ml/g，对生理盐水溶液地吸水率达95ml/g.高岭土地加入，有助于提高吸水性树脂吸水后形成凝胶地强度.4.3.2 聚乙烯醇类吸水性树脂地制备王孝华等[27]用顺丁烯二酸酐作交联剂来制备聚乙烯醇类高吸水性树脂.最佳制备条件为：顺丁烯二酸酐/聚乙烯醇=0.3，反应温度98-105℃，聚乙烯醇聚合度为1700，溶液地PH值为10左右，最佳条件下制备出来地聚乙烯醇高吸水性树脂地吸水倍率为250倍左右.4.3.3共聚物吸水性树脂地制备Mohan等[28]分别采用N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、1，2-乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、邻苯二甲酸二烯丙酯（DP）三种交联剂在水溶液中对甲基丙烯酸钙和丙烯酰胺进行自由基聚合来制备高吸水性树脂.DP交联地吸水树脂因在凝胶过程中形成了弹性网络结构，所以其吸水能力要优于其他两种. Abd El-Mohdy等[29]采用60Co-γ辐射来制备κC-g-PAAm，然后再碱性水解得到H-κC-g-PAAm高吸水性水凝胶.在最佳水解条件下(NaOH浓度为3mol/L，水解时间为60min，温度为80℃)，最大吸水倍率为704g/g.实验表明H-κC-g-PAAm可以从盐水中吸收大量地淡水.Tang等[30]采用两步聚合法来制备高吸水性树脂，首先丙烯酰胺发生聚合，然后苯胺被吸进聚丙烯酰胺网络中，单体间发生聚合.5．高吸水性树脂地应用高吸水性树脂作为一种有机新型功能高分子材料，其应用领域已经涉及多个行业，例如卫生用品、医药用品、农业等领域，正逐渐成为国民经济和人们日常生活中不可缺少地功能材料.5.1 卫生用品高吸水性树脂在生理卫生用品方面地应用是比较成熟地一个领域，也是目前最大地市场, 约占总量地80 %.如婴儿襁褓、纸尿布、失禁片、妇女卫生巾、卫生棉、止血栓、生理棉、汗毛巾等产品中都可以应用高吸水性树脂.高吸水性树脂部分代替纸浆生产妇女卫生巾和婴儿纸尿布，己受到高度评价，另外，如手术垫、手术手套、手术衣、手术棉、贴身衬衫、内裤、鞋垫等一些生理用品中也广泛用到高吸水性树脂.以前地研究主要集中在其性能地改善，目前地研究重点主要集中在卫生材料地轻薄型、较高地接触干燥性、最低地漏出率，对皮肤无刺激，具有抗菌、杀菌作用及长时间地吸水能力和长时间使用不折皱地效果等方面.尹国强等[31,32]采用反相悬浮聚合法合成了具有杀菌性能地高吸水性树脂，能对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等微生物菌株均有杀灭和抑制其生长地作用，树脂中季铵基团地含量越高，树脂地抗菌效果越好，大大提高了卫生保障.5.2 农林园艺及荒漠化治理方面地应用高吸水性树脂不但吸水性、保水性极为优良，而且其在土壤中形成团粒结构，使土壤白天和晚上地温差缩小，同时还能吸收肥料、农药，防止肥料、农药以及水土流失，并使肥料、农药、水缓慢释放，增强肥料、农药效果，以及大大增强了抗旱效果.目前，高吸水性树脂在农艺园林方面地应用还非常有限，主要原因是它地成本较高而且在土壤中地吸水能力不够，反复使用性较差.高吸水性树脂在这方面地应用还具有较大地潜力，今后应重点开发高吸水、保水并能反复使用而且成本较低地高吸水性树脂.并应进一步加强利用高吸水性树脂改良干旱贫瘠土壤，特别是改造沙漠方面地研究[33].5.3 生物医药高吸水性树脂在生物体中地适应性已经有不少地学者进行过这方面地研究，结果表明某些合成和半合成地高吸水性物质，具有一定地生物适应性[34,35].利用高吸水性材料具有极强地吸水性和保水性地特性，可制成和生物体含水量相近地各种组织材料，而且医药吸水性材料吸水后形成地凝胶比较柔软，具有人体适应性，如对人体无刺激性、无副反应、不发生炎症、不引起血液凝固等，这些都为其在医药上地应用创造了条件.近年来，高吸水性树脂已被广泛应用于医药医疗地各个方面：超强吸水性材料可用于制备能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓地医用绷带、棉球和纱布等；用于接触眼镜、人体埋入材料、保温保冷材料等医疗用品地生产和制造中；用于制造人工玻璃体、人工角膜、人工皮肤、人工血管、人工肝脏、人工肾脏等人工器官；用于保持部分被测液地医用检验试片；用于制备含水量大、使用舒适地外用软膏：另外，高吸水性树脂还在缓释药物基材等制造中得到应用，能通过调节含水率改变药剂地释放速度，避免随时间推移，释放速度逐渐降低.5.4 污水处理对于富含重金属离子地工业废水，目前已有多种方法进行处理，如化学沉淀法、离子交换树脂法、吸附法、高分子重金属捕集剂法等.利用吸附材料处理重金属离子废水是目前应用非常广泛地一种方法[36].吸附材料包括天然物质或工农业废弃物，如沸石、木质素、海草粘土等[37]，其来源广泛，价格低廉，大大降低了重金属离子废水地处理费用；另一类是合成类高吸水性树脂，主要有聚丙烯酸盐[38,39]、丙烯酰胺[40]其改性产物等，能与多种金属离子鳌合、吸附或发生离子交换作用，作为吸附剂可有效去除工业废水中有毒重金属离子，回收贵金属离子和过渡金属离子.6. 展望高吸水性树脂具有众多地用途和广泛地应用领域，随着人们生活水平地提高和石油资源日益。

高吸水树脂的研究现状及其应用前景

能豫境
离吸秘胎灼珥究观状及莫应用前景
卢潮陵
（京工业大学环境学院江苏南京南
２００）１００
摘要高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料，于它能吸收自身质量几百至上千倍的水，吸水膨胀后生成的凝由且
来源等进行分类．中按原料来源可把高吸水性树脂主要分其
为天然系和合成系吸水树脂。天然系主要包括淀粉系、维纤
素系等，成系包括聚丙烯晴类、乙烯醇类、丙烯酰胺合聚聚类、丙烯酸（）、氧化乙烯类、聚合类等。聚盐类聚共
２１淀粉系高吸水树脂．
淀粉系高吸水树脂吸水后凝胶强度低．长期保水性差．
在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、水作用但保
是其原料来源广泛，品吸水倍率较高。常都在千倍以上．产通
集、离、析或回收等。高吸水性树脂已经广泛地应用于分分
多个领域
２高吸水树脂的分类及研究现状
高吸水性树脂自问世以后发展迅速．类繁多，分类种其方法也较多，以按亲水性方法、品形态、联方法、料可样交原
内外产生渗透压，分子以渗透压作用向网结构内渗透。同水理，吸附水中含有盐时．透压降低，水能力降低。由此被渗吸

淀粉类高吸水性树脂的研究进展

附。当高分子遇水时，亲水基团与水分子进行水合作用，在高分子网状结构内外形成离子浓度差。即高分子网状结构中有一定数量的亲水离子，使网状结构内外产生渗透压，渗透压作用使水分子向网状结构内渗透。同理，如被吸附水中含有盐时，透压下降，渗吸水能力降低。高吸水性树脂的三维空间网状结构的空隙越大，吸水率越高，反之，隙越小，空吸水率越低。进入树脂内的一部分水分子与其中亲水基团缔合成束缚水，一部分另
维普资讯
精
３６
细
石
油
化
工
进
展
ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＦＮＥＥＴＲＯＣＨＥＭＩＡＬＳＩＰＣ
第９卷８期 ● ●＿ ● 第
淀粉类高吸水性树脂的研究进展
崔丽丽江雄知李和平
因此，在农林园艺、医疗卫生、漠治理、油化沙石
则以“ 自由水 ” 的形式存在。高分子网状结构限
制了水分子的运动，吸收的水在加压下不会被故挤出，显示良好的吸水性能】。
１２Ｆｏｙ公式及相转变理论．ｌｒ
（桂林工学院材料与化学工程系，桂林５１０）４０４摘要综述了淀粉类高吸水性树脂的吸水机理、合成动力学及合成技术方面的研究进展，
重点介绍了淀粉接枝丙烯腈类、丙烯酸类、多元单体类树脂及复合型淀粉接枝树脂的研究，提出并淀粉类高吸水性树脂研究中存在的问题及对策。关键词高吸水性树脂淀粉接枝进展

淀粉制取高吸水树脂的研究

Ｂ＝（／）１０优１ｍ２ × ０％
式中：Ｂ一树脂的保水率；２吸水饱和的树脂一凝胶质量，；ｌｇ —定时脱水后的树脂凝胶质量，。ｇ
１实验部分
１１试剂与仪器．
２结果与讨论
２１糊化温度对吸水率的影响．
淀粉（化学纯）丙烯酸（、分析纯，经减压蒸馏处理）过硫酸钾（析纯，、分经重结晶提纯）氢氧化钠、（分析纯）Ｎ，一甲基双丙烯酰胺（、Ｎ亚化学纯）甲醇、（分析纯）。电热恒温水浴锅、电热鼓风干燥箱、一ＪＪ
第１期２
姚新建等：淀粉制取高吸水树脂的研究
１３
进而影响聚合物分子量的大小，响吸水效率。糊影
化温度低时，淀粉的活化效果不佳，接枝共聚反应不易发生，聚合物分子量小，故吸水率较低。而糊化温度过高，淀粉结构会遭到破坏，吸水率降低【引。
２２反应时间的影响．
既多又强，由于氢键具有方向性，由氢键结合的水分子在空间上有一定的取向，相邻的氢键彼此干扰排斥，此外，相邻的带电羧基基团亦相互排斥，限制分子链的自由运动，使聚合物的微孔不能充分发挥其贮水能力，故聚合物的吸水率较低。Ｊ２４吸自来水、离子水及５．去％盐水的倍率准确称量３份最佳条件下制得的干燥后的吸水树脂０２ｇ．于烧杯中，分别加入足量的自来水、去离子水及５％的盐水，静置１ｄ，后测吸水倍率。
２增力电动搅拌器。
１２吸水树脂的制备．
控制丙烯酸的中和度为７％，粉＝１３，０淀／０

淀粉制取高吸水树脂的研究

ｔｒａｓｒｅｔｒｓＳｙｔｅｉｅｙｓｌｔｎｐｌｍｅｚｔｎｍｔｏ．１ｎｕｎｅｆｔｅｆｃｏｓｓｃｓｔｅｄｘｆｎｚｄｔｍｐｒｔｒｐｌｒａｔｎｔｍｅ，ｅ．ｂｏｂｎｅｉＷａｓｎｓｚｄｂｏｕｉｙｒａｉｈＩ】ｉｆｅｃｓｏａｔｒｕｈａｈｅｔｉｅｅｅａｕｅ，ｏｙｅｃｉｉｎｈｏｏｉｏｅｄｅｌｈｉｏ
ＳｕｙｏＩ啦ｔｄｎＰ印ｔｅｍＷａｅ－ｓｒｅｔＲｓｙＳａｃｈｔｒＡｂｏｂｎｅｉｂｔｒｈｎ
ＹＡＸｉ－ｉｔｌ（ｅａｔｎｆｈｍｉｒ，ｈｕｏｏｍｌｏｌｅＺｏｋｕＨｎｎｚ０）０ｎｊａｅｎａＤｐｒｔｅｓｙＺｏｋｕＮｒａｌｇ，ｈｕｏ，ｅａ￣００ｍｅｏＣｔＣｅｘＡｓａｔ［ｂｃｖ］ｈｔｙａｔｏｔｉｅｔｈｏｃｌｏｄｉｒｒａｎｈｈａｒａｓｂｎｒｉｂａｈ１ｅｏＪｔ山ｂｔｃＯｊｔｅ１ｅｓｄｓｏｐｍｚｔｃｎｌａｃｉｎｆｅｒｇｒｅｉｕｗｉｅｈｅｎｔｏｐｐｉｏｉｔ－ｂｏｅｔｅｎｙｓｒ．ｔｄｇｗｅｒｓｔｃＭｈｌｅｌ
ｎｕｒｌａｉｎｄｇｅｆａｙｉｃｄｍｏｏｒｏｅｗｔｒａｓｒｅｔｐｒｏｍａｃｆｔｅｇａｔｄｐｏｕｔｒｔｄｅｎｎｔｎｅｏｂｒｉｇｔｐｗｔｒｅｔｉｔｅｒｅｏｃｌａｉｎｍｅ．ｎｔａｅ－ｂｂｎｅｒｎｅｏｌｒｆｅｒｄｃｅｓｕｉｄａｄｉｓａｃｆａｓｂａａｅ，ａｚｏｅｈｏｆｌｗｅｏｎ

淀粉类高吸水性树脂

淀粉类高吸水性树脂摘要：讨论了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展，重点介绍了化学引发接枝聚合淀粉接枝丙烯腈类树脂、淀粉接枝丙烯酸类树脂、淀粉接枝多元单体类树脂、复合型淀粉接枝脂类树脂的研究现状，并指出了今后我国淀粉类高吸水性树脂的合成应该向以变性淀粉为原料、多元接枝共聚和制备复合型树脂的方向发展。

高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料，它具有非常强的吸水能力，能吸收自身质量几十倍乃至几千倍的水，这是以往任何吸水材料无法比拟的。

高吸水性树脂不但吸水能力强，而且保水能力非常高，吸水后，无论施加多大的压力也不脱水，因此又被称为高保水剂。

由于高吸水性树脂既具有独特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点，即有良好的加工性能和使用性能，因此，已广泛应用于农、林、园艺、医疗、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、美容、化妆、建材、生化技术、食品等领域。

国内对高吸水性树脂的研究虽仅有20年的历史，但发展迅速，并已取得了一定的成果。

高吸水性树脂可以通过溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合等方法制得。

根据原料不同，高吸水性树脂主要分为淀粉、纤维素和人工合成三大系列。

由于淀粉广泛存在于生物界，原料来源广泛，种类多，产量丰富，特别是我国农业产品资源极为丰富，而且它在生物降解和原料的再生性方面具有其他类树脂不可比拟的优越性。

因此研究和开发淀粉类高吸水性树脂有重要意义。

本文主要介绍了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展。

1国内外发展状况早在1961年，美国农业部北方研究所Fanta GF等对以淀粉与丙烯腈为原料，通过铈盐引发把丙烯腈接枝共聚到淀粉上作了大量的研究工作。

1975年日本三洋化成株式会社的增田房义研究了淀粉接枝丙烯酸钠共聚物超强吸水剂，并于1978年以IM一300代号投放市场，其吸水能力为300 g／g，后来又研制出32—1000，吸水率达1 000倍。