高吸水性材料应用及研究进展

高吸水性材料应用及研究进展

包装工程PACKAGINGENGINEERINGV o1.28No.122007.12

高吸水性材料应用及研究进展

田春雷,刘振宇,武洪文

(1.军械工程学院,石家庄050003;2.武汉军械士官学校,武汉430075)

摘要:介绍了高吸水性材料的发展历程,分析了该材料的吸水机理,总结了各类吸水材料的特

点,并在此基础上,介绍了目前国内相关技术的研究进展状况.最后,结合国内高吸水材料的发展状

况,提出了该类材料的研究方向.

关键词:高吸水性材料;应用现状;研究进展

中图分类号:TQ314.2文献标识码:A文章编号:1001—3563(2007)12—0270—03 ApplicationandRecentProgressonSuperabsorventMaterial

TIANChun-lei,Zhen-yu,WUHong-wen

(1,OrdnanceEngineeringCollege,Shijiazhuang050003,China;2.WuhanOrdnanceTopSe rgeantSchool,Wuhan430075,China)

Abstract:Thedevelopmentprocessofsuperabsorbentwasintroduced.Theworkingmechan ismofthis

materialwasanalyzed.Aftersummarizedthecharactersofalltypeofwater-absorbent,therec entsituationof studycarriedoutincorrelativetechnologyinourcountrywasintroduced.Thedevelopingtren dsofthismate-

rialwereputforward.

Keywords:superabsorbent;applicationstatus;researchprogress

高吸水性材料(superabsorbent简称SAR)又称超强吸水

剂,是近年来国内外开发的一种新型功能高分子材料.其分子

链中带有亲水性基团,交联密度低,是不溶于水的高水膨胀性

高分子化合物,一般能吸收自身重量40O～1000倍的水分.由于与传统的海绵,纸绒,沙布,脱脂棉等吸水材料相比,高吸水

性材料具有吸水率高,保水性好,增粘性强,重量轻,受压后不

易脱水等优点,因此在各行各业中,均有广阔的应用空间.

如在建筑领域可被用作优良的堵水,止水材料;在植树造林,荒山改造,沙漠绿化中,可用作保水材料,土壤改良剂,种衣剂和

育苗材料的组分;在医疗卫生方面,高吸水性材料可作为添加剂用于制造手帕,婴儿纸尿片,卫生巾,医用药棉等吸收材料; 在环保领域,利用该材料吸湿后能形成蓬松的网络结构,具有较低的表面能及较大的比表面积,因此是一种良好的微粒吸附材料.同时,高吸水性材料可以用作蔬菜,水果,花卉的储存,

包装和运输中的调湿剂.目前该材料已经成为世界各国争相研究的热点.

1发展历程

年,美国农业部北方研究所L_A.Gugliemell等人通过对淀粉接枝丙烯腈的研究制备了高吸水性树脂.随后G.F.Fanta于

1966年完成了部分水解淀粉接枝丙烯腈共聚物高吸水性树脂的合成和性能研究,并成功地实现了工业化J.60年代末至

70年代初,美国,日本等公司相继成功地开发了高吸水性材料.此后,世界各国对高吸水材料的品种,制造方法,性能和应

用领域等方面进行了大量的研究工作,并取得了一定的成果. 70年代中期,日本开展了以纤维素为原料制取高吸水材料的研究,得到了片状,粉末状和丝状的产品.80年代则提出了用

放射线对各种氧化烯烃进行交联处理,合成了非离子型高吸水材料,其吸水能力为2000倍,从而打开了非离子高吸水材料的大门,随着高吸水材料合成的发展,1973年美国的UCC公司开始把高吸水材料应用于农业方面,接着日本和法国也开始了应用方面的研究.

我国在这一领域起步较晚,进入80年代后才开始进行研

究.到目前已经在其品种,制造方法,性能和应用等领域都取

得了较大的进展,多种产品已实现了工业化.

2高吸水性材料的吸水机理

高吸水性材料是上世纪60年代末才发展起来的.1961高吸水性材料含有--COOH 和--COONa等亲水性基团,

收稿日期:2007-09-12

作者简介:田春雷(1976一),男,西安人,军械工程学院讲师,主要从事弹药试验,储存防护和新材料研究.

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田春雷等高吸水性材料应用及研究进展

使其具有很强的吸水性能口].吸水材料一般有2种吸水形

式:一种是通过毛细管吸附和扩散作用实现吸水;另一种是通

过氢键使水分子与亲水基团紧密结合在一起,形成结合水.其

中以后一种吸水方式为主,主要是靠表面亲水性基团与水分子

的作用,以及吸水材料内部的三维空间网络的作用.高吸水性

材料的吸水过程是分阶段进行的.最初阶段的吸水是通过毛

细管吸附和分散作用来实现的,吸水速率很慢.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.随着亲水基因的进一步

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

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.

3种类及性能特点

高吸水,tl树脂产生以来,人们从不同的理论角度,使用各

种不同的方法和原料制备出了多种的吸水性材料.但目前国