高吸水性塑料

高吸水性塑料

一、高吸水性塑料的特点

传统的吸水性材料为棉、纸及海绵等，其吸水能力一般只用自重的 20 倍以下，且保水性不好，稍微 加压即可挤出。

高吸水性塑料为分子中含有羟基等强吸水基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。从其定义中可 以看出，高吸水性塑料必须具备两个条件：一是分子内含有大量的强吸水性基团，二是大分子链之间必须 有适当的交联度。

高吸水性塑料的吸水特点如下。

(1)吸水率高 高吸水性塑料最高可吸收自重千倍以上的水分，通常其吸水率为 100～1000 范围内，如 此高的吸水率是其他任何材料达不到的。

(2)保水性好 高吸水性塑料具有优异的保水性能，即其吸入的水加压也不易挤出。这主要是因为高吸 水性塑料的吸水机理与传统吸水材料不同，水分子同大分子链之间不是简单的物理吸附，而是与大分子中 的羟基形成氢键，并变成高分子凝胶。高吸水性塑料的保水性与纸浆比较如表所示。

不同吸水材料的保水性

吸水率/%

吸水材料

0 4.5MPa 16MPa

塑料 纸浆 500

18

430

2

380

1

(3)与人体相容性好 高吸水性塑料吸水后在适度交联的三维空间中含有大量水， 这与人体的生物组织 十分接近，具有优良的溶质透过性、组织适应性及抗血栓性，本身又柔软适度。因此，在与人体接触时， 具有极好的生理相容性，适用于制作与人体接触的吸水材料。

(4)吸氨性好 高吸水性塑料是含有羧基的阴离子聚合物，适当调节其 pH 值，便部分羧基呈酸性即可 吸氨，从而使其具有除臭的特点，非常适用于制作卫生巾和尿布。

高吸水性塑料最早于 1975 年由美国谷物加工公司开发其品种为淀粉接枝丙烯腈共聚物。由此引起人 们对高吸水性塑料的广泛关注，并相继开发出许多品种，性能得到不断改进。目前，高吸水性塑料已成功 地应用于婴儿尿布、妇女卫生巾、农业、园艺及建筑中。

二、常用的高吸水性塑料

常用的吸水性塑料包括：天然高分子改性材料、聚丙烯酸系列材料、聚丙烯腈系列材料、聚乙烯醇系 列材料及其他吸水材料等，具体介绍如下。

1、天然高分子改性吸水塑料

天然高分子材料有淀粉、纤维素等。

(1)天然高分子接枝改性吸水材料

①淀粉接枝改性吸水材料 这是最早开发的高吸水性塑料材料。常用的品种为淀粉接枝丙烯腈共聚 物，其缺点为耐热性不好，长期保水性也不高。

②纤维素接枝吸水材料 纤维素可与丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸及氯乙酸等接枝制成高吸水性材料。 例如，纤维素与氯乙酸的接枝共聚物进行交联后即为纤维素吸水材料 CML，它吸水性虽不高，但成纤性 好。

(2)天然高分子羧甲基化吸水材料 纤维素、淀粉等多糖类高分子材料中的羟基经过羧甲基化改性后， 即可制成高吸水性塑料，其中以纤维素类最为常用。

例如，用羧甲基置换度为 0.6 左右的纤维素，加热交联或用环氧氯丙烯、乙二醇二缩水甘油醚等交联 剂交联可制成高吸水性塑料。

再如，将淀粉在环氧氯丙烷中预先交联，再将交联物羧甲基化，便得到高吸水性塑料。

2、聚丙烯酸系列高吸水性塑料

聚丙烯酸盐和聚丙烯酸酯都可制成高吸水性塑料，这类吸水性材料的吸水能力强、无毒、无刺激性气 味，可用于婴儿尿布。

例如，聚丙烯酸盐的最大吸水率可达到 1200 倍。

再如，甲基丙烯酸甲醋和乙酸乙烯的共聚物在加压下水解，转变成竣基和轻基，可制备成高吸水性塑 料，其吸水性和保水性都很高。

又如。以非离子型酷胺基为亲水基，用丙烯酷胺与丙烯酸钡共聚并交联，可制成高吸水性塑料。

3、聚丙烯脂系列高吸水性塑料

在纯聚丙烯腈中加入磺酸基单体进行交联处理，可得到高效率水性塑料。用丙烯腈与乙酸乙烯共聚， 将共聚物纺丝后用碱加水分解也能得到纤维状高吸水性材料。

4、聚乙烯醇系列高吸水性塑料

用聚乙烯醇与粉状酸酐如马来酸酐或苯酥酐等反应，可制成聚乙烯醇系高吸水性材料。

5、其他高吸水性塑料

(1)聚环氧乙烯吸水塑料 将聚环氧乙烯进行交联处理后，即可得到几十倍吸水率的高吸水性塑料。

(2)异丁烯顺酐吸水性塑料 将异丁烯与顺酐进行共聚，然后再交联处理。即可得到吸水性塑料，其耐 热和耐候性好。

(3)乙酸乙烯/顺丁烯二酸酯共聚物吸水性塑料 乙酸乙烯与顺丁烯二酸酯共聚物经皂化处理可制成吸 水性塑料。

三、高吸水性塑料的应用

目前，高吸水性塑料的应用已越来越广泛，主要应用在如下几个方面。

(1)卫生及医用方面 在卫生方面，已广泛应用在妇女卫生巾、婴儿尿布材料;在医用方面，可用于医 疗包扎带，高吸水树脂凝胶，还可作为抗血栓材料，消炎止痛膏的凝化剂。

(2)农林、园艺方面 用作土壤保水剂，可在土壤多水时吸收大量的水分；当土壤干旱时，它释放出水。 在土壤中添加 0.3%，即能提高土壤的保墒能力，尤其适用于沙漠地区。用作苗木移植的保水材料，可提高 成活率。用作液体播种材料，包覆种子，可提高发芽率。

(3)食品方面 可用于水果和蔬菜的保鲜剂，延长其储藏期。用于保冷剂和蓄冷剂，延长冷冻时间。

(4)建筑方面 掺入涂料，可制成防潮防结霜的墙面涂料，用于澡堂、食堂等潮湿的场合。用作钻井灌 浆的稠浆剂，防止钻井时，地下泥浆外溢。用作污泥固化剂，与污泥混合后，加速污泥凝胶化，利于泥浆 的清除。加入水泥中，可吸收碱性析出水防止水泥地面产生裂缝、麻点和白化等。在隧道中使用高吸水性 材料，可防止地下水流人隧道。