高吸水树脂的现状

高吸水树脂的现状、发展与前景

贾兆霞 05应用化学3班学号：200515120318

[摘要] 高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料，应用广泛，市场前景广阔。近年来，高吸水性树脂的开发在我国发展较快，经过多年努力，研制一系列新型有机无机复合高效吸水树脂，实现低成本耐盐碱和多功能化。这些研究将我国高吸水树脂生产和应用提高到新的层次。[关键词]高吸水树脂;发展现状;应用前景;新型复合高吸水树脂

一、高吸水树脂

（一）高吸水性树脂的结构特征与吸水机理

1、结构特征

高吸水性树脂是在水溶性聚合物的基础上通过交联水解技术制得,它具有低交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。从化学结构看,高吸水性树脂主链或侧链上含有亲水性基因如羟基、酰胺基、羧基、磺酸基等;从物理结构看,这是一个低交联度的三维网络。

2、吸水机理

高吸水性树脂的吸水分几个阶段。最初阶段其吸水速率很慢,因为此时的吸水是通过毛细管吸附和分散作用来实现的,接着水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,使之发生离解,阴

离子固定在高分子链上,阳离子则可以自由移动。随着亲水基团的进一步离解,阴离子数目增多,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张;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,于是网络内外产生渗透压,水份进一步渗入。随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。

（二）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。

（三）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。

2．合成树脂系

它的种类很多，且随着研究的深入，也越来越多。主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等，其中以丙烯酸类最重要。

3．纤维系类

由于淀粉系高吸水性树脂的出现，人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。纤维原料来源广泛，能与多种低分子反应，是近十年来高吸水树脂发展的一个方面。

4．有机-无机复合高吸水性树脂

二、高吸水树脂的发展现状

最早的高吸水性树脂是1974 年美国学业部北方研究所研制的淀粉接枝丙烯腈共聚物的

水解物,但20 世纪80 年代初却是日本的高吸水性树脂开发技术占据了主导地位。虽然高吸水性树脂的开发时间较短,但各方面发展非常快,如1983 年世界总产量为6 000 t ,到1987 年仅日本的产量就达到了36 000 t ;目前全世界生产高吸水性树脂的厂家达30～40 个,主要分布在日本、美国及欧洲;产品从淀粉接枝丙烯腈发展到淀粉接枝丙烯酸、交联纤维素类、聚丙烯酸盐、共聚物水解、聚醚、聚氨酯等类;高吸水性树脂的吸水率从80 年代的百倍提高到目前的四五千倍。我国开展高吸水性树脂研制的时间较短(20 世纪80 年代初开始) ,但研究、生产单位已达数十家,高吸水性树脂的专利已达数十种。1999年的累计产量已达近千吨,但仍存在品种单一、质量参差不齐等问题,缺少高功能的产品,某些含量的指标等。

20世纪80年代Pandurange等将高吸水性树脂与其他材料复合，发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。因此，有机-无机复合材料能得到迅速的发展，并在高吸水性树脂领域占据了重要位置。国内高吸水树脂的研究工作起步较晚，始于20 世纪初，经过多年发展，全国已有30多家单位从事超强吸水树脂研究。其在我国经历了剖析仿制、跟踪研发和自主创新三个阶段。20世纪中后期，经过众多研究单位和努力，取得了一批成果。90年代中后期，研究工作的深入，开发发展较快，生产一系列农用高吸水树脂，并在节水农业等方面得到了应用。

三、高吸水性树脂的应用

1、农业生产[ 8 ]

我国是一个农业大国, 而且长江以北的广大地区缺水日趋严重, 尤其是今年, 河南、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃等省份干旱更为严重, 有的部分地区小麦减产达60%～ 70%. 现在我国又启动了西部大开发战略, 面临的最大问题首先是水的缺乏, 为此, 研究高吸水性树脂在农业中的应用对于当前有着极其重要的意义. 中国农科院和河北农林科学院一起就高吸水性树脂应用于农业, 进行了从实验田到大田的实际种植为期两年的试验, 其结果表明, 高吸水性树脂可以有效地抑制水分的蒸发, 防止土壤中的水分流失, 并减小土壤的容重, 加入旱田中可将农作物的产量提高20% 左右[ 35, 36 ].用沥青铺底, 上面撒上一些高吸水性树脂, 再铺上一层十几厘米厚的土层, 种植上几年农作物以后就可以将沙漠绿化. 这是治理沙漠的一个重要途径, 在撒哈拉沙漠已经取得了成功. 这对沙漠化越来越严重的我国来说有着极其重要的意义[ 10 ].

2、生物医药[ 7, 10 ]

制造卫生及医用材料是高吸水性树脂应用较为成熟的领域. 有的国家90% 左右的高吸水性树脂用于生产卫生及医用材料. 高吸水性树脂作为吸水剂, 已用于能保持部分被测溶液的医用检验试片, 含水量大、使用舒适的外用药膏, 能耐吸收浸出液并可防止化脓的治伤绷带及人工皮肤、缓释药剂等. 最近有人研制出含有高吸水性树脂的抗血栓材料.在甲基丙烯酸羟乙酯2丙烯酸甲酯共聚物的凝胶中分散氟化钠, 可以控制氟离子缓慢放出, 达到延长保护牙

齿的作用, 制成药膏可以达到有效地防止伤口感染的目的.

3、土木建筑[ 10, 37, 11 ]

利用高吸水性树脂在水中膨胀的性能, 可以制备水膨胀性密封件、管路施工润滑剂、防结露墙纸、止水板等, 达到“以水治水”的目的; 加入混凝土中, 可以通过它吸收碱性析出水, 以防止水泥地面产生裂缝、麻点和白化等; 在隧道工程中, 在含有大量水的泥浆中加入吸水树脂使其凝胶化, 使泥浆容易排出, 在隧道内使用高吸水性树脂则可以防止地下水流入隧道.

4、日用化工[ 7, 10, 13 ]