高吸水性树脂
高吸水性树脂
学生姓名：吴霞 学号：[1**********]
化学化工学院 化学专业
摘 要：高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型的新型功能高分子材料。它不溶于水，也不溶于有机溶剂，并具有独特的强吸水性和保水性能。与传统的吸水材料如海绵、棉花、纤维素及硅胶相比，高吸水性树脂的吸水量大，能迅速吸收500到2000倍自身重量的液态水，且保水性强，即使在受热加压下也不易失水，同时又具有高分子材料的一些特性。由于这些优良的特点，高吸水性树脂的发展极为迅速，已被广泛应用于食品、农业、工业、日常生活等其他的很多领域。
关键词：高吸水性树脂；吸水性能；发展前景
Abstract: the high absorbent resin is a kind of contains strong hydrophilic groups and have a certain degree of cross linking of water swelling model of new functional polymer materials. It does not dissolve in water, and insoluble in organic solvents, and has a unique strong water absorption and water retention performance. With the traditional water absorption material such as sponge, cotton, cellulose and silica gel, super absorbent resin water quantity is big, can quickly absorbs 500 to 2000 times its own weight of liquid water, and water retention is strong, not easily dehydrate, even under the heat pressure and also has some characteristics of polymer materials. Because of the excellent characteristics of the development of high absorbent resin is extremely rapidly, has been widely applied in foodstuffs, industry, agriculture, daily life and many other fields.
Key words: high absorbent resin；Water absorption performance；Prospects for development
引言
高吸水性树脂由于它良好的吸水性能，在很多方面都有很重要的应用，因此对它的研究有很高的使用价值，也会给生产生活带来很多实际的效益，因此对高吸水性树脂的研究受到很多人的重视。目前对我国来说在高吸水性树脂的研究方面还不都成熟，有很多高吸水性树脂还依靠进口，所以对高吸水性树脂的研究将会有广阔的发展情景。
1高吸水性树脂的发展状况
1.1 国外的发展状况
高吸水性树脂的研究始于1961年美国农业部北方研究所C.R.Russell和G.F.Fanta等[1]对淀粉接枝丙烯腈研究。其后G.F.Fanta等继续研究，并在1966年首先发表文章指出[2]“淀粉衍生物的吸水性树脂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，甚至也具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料”。1978年日本批准高吸水性树脂可以用于卫生用品[3],因为用它制成的卫生巾、纸尿布等产品不仅重量轻、吸液量大、保水性能好，而且安全无毒，所以深受广大消费者的欢迎，这也极大地促进了高吸水性树脂的开发和应用研究。此后更多的国家和地区的研究所和企业参与到高吸水性树脂的研究中来。到了90年代对于高吸水性树脂各方面的研究日趋成熟，高吸水性树脂与其它高分子材料混合制成复合型高吸水性树脂的研究开始引起研究者们[4-6]的注意。
1.2 国内发展状况
我国高吸水性树脂的研究开始于八十年代初，虽然起步较晚但发展很快，1982年中科院化学研究所黄美玉等[7]在国内最先合成了聚丙烯酸盐类的高吸水性树脂。1996年全国已有6家厂投入生产，最大生产能力为500T/a，全国高吸水性树脂的生产能力达到6000T/a。我国高吸水性树脂的消费始于1991年，部分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用量不断增加，1994年的用量约为1300T 。1998年消费量约6000T。同国外相比，我们无论从技术上还是规模上都有较大的差距。国内高吸水性树脂产品大都依靠进口，但是随着国内改革开放的深入，人民生活水平的提高，尤其是一次性个人卫生用品的普及和西部大开发的需求，对高吸水性树脂的需求量将会大大增加。
2 高吸水性树脂的类型
高吸水性树脂的分类方法有很多，主要按原料来源、亲水化方法、亲水基团的种类、交联方法和制品形态进行分类，而最常用的分类方法是按原料来源分类，分为淀粉类、纤维素类、合成聚合物类。
2.1 淀粉类高吸水性树脂
淀粉系高吸水性树脂是淀粉在引发剂或辐射源存在下，使淀粉分子中带羟基的碳原子上的氢被夺走，从而产生自由基，淀粉自由基与乙烯类单体反应，生成淀粉大分子自由基，继而再与淀粉乙烯类单体发生链增长、链终止，从而得到淀粉系吸水性树脂。淀粉系高吸水性树脂主要有淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸盐、淀粉接枝丙烯酰胺等。淀粉系高吸水性树脂生产成本较低，吸水倍率较高，但其产品耐热性差，吸水后凝胶强度低，工业化后处理麻烦，且易腐烂分解，难以贮存。因此，淀粉系高吸水性树脂在早期研究较多，现在逐渐转向其它类产品。
2.2 纤维素类高吸水性树脂
纤维素来源广，而且其分子上有很多的羟基可以与水亲合，且能与大部分小分子化合物发生反应，可得到取代度较高的衍生物，而且纤维状的物质有许多的毛细管，表面积大，适合作吸水材料 。自从加拿大的Lepourte等人在漂白的造纸浆上成功地实现了与丙烯腈接枝共聚制备高吸水材料以来，纤维素类吸水材料便活跃起来。与合成类淀粉类高吸水性树脂相比，纤维素高吸水性树脂的吸水量稍低，但其耐盐性好，pH值易调节，降解性好，不污染环境而且可与纤维混纺，改善最终产品的吸水性能，因而具有重要的环保意义和经济价值［9-10］，制造高吸水性织物，就可以用纤维素类高吸水性树脂与合成纤维混纺。
2.3 合成聚合物类高吸水性树脂
合成类高吸水性树脂自70年代以来迅速兴起，现已经成为高吸水性树脂发展的重要方面。合成树脂类高吸水性树脂不同于淀粉类、纤维素和天然高分子类高吸水性树脂，它是从合成原料出发的水溶性单体功能高分子经化学交联而成为轻度网状结构的吸水性高分子。或者是乙烯类单体在引发剂、光、热、辐射的作用下进行自由基聚合，后在交联剂的作用下进行轻度交联的聚合物。目前合成系高吸水性树脂的种类也越来越多，主要有丙烯酸(盐)类、丙烯腈类、聚乙烯酸类等，其中以聚丙烯酸(盐)类最为重要。合成树脂系高吸水性树脂较淀粉系、纤维
[8]
素系高吸水性树脂聚合成工艺简单，单体转化率高、吸水能力高、保水能力强，成为高吸水性树脂产品的主流。目前，聚丙烯酸(盐)类高吸水性树脂在世界高吸水性树脂市场中占据主导地位，约占世界SAP总产量的80%以上。
3影响高吸水性树脂的吸水能力的因素
吸水性树脂是由亲水基单体的低交联度聚合物构成的，高分子之间形成一种三维的交网状结构，材料内部具有一定的微孔。当与水接触时，树脂的亲水基团与水作用，水渗入树脂内部，随着水进入的量增加，高分子的链扩展，高分子的链扩展又引起高分子网的弹性收缩。水与高分子链的氢键作用使水不断进入，而弹性收缩使水进入量不再增加，这两方面的作用达到平衡时，便确定了树脂的吸水能力。
3.1交联度对树脂吸水性能的影响
要使树脂具有较高的吸水率，需要最佳的交联剂用量。交联度的增加抑制了三维分子网的伸展，加强了弹性收缩力，因而使吸水率下降。但是交联度过低，将导致树脂的三维网络不完全，树脂在水中的可溶性增加，而使吸水率下降[11]。
3.2单体结构对树脂吸水性能的影响
赵新等[12]用辐射引发聚合交联几种含亲水基团的乙烯基单体，得到的树脂其吸水率与亲水基团的关系。各基团的亲水性的大小依次为－COONa＞－COOH＞CONH2＞－OH。这显然与亲水基团的种类及其与之连接的阳离子电负性有关， 亲
水性基团的电负性越大，吸水率越大。除了单体结构与交联度会影响高吸水性树脂的吸水性能外，高吸水性树脂的制备方法、交联剂结构、聚合条件以及生成树脂的颗粒大小等都会影响其吸水性能。
4 高吸水性树脂的基本特性
4.1 高吸水性
高吸水能力是高吸水性树脂的最重要特征之一。从目前已经研制成功的高吸水性树脂来看，吸水率均在自身重量的500～12000倍左右，最高可达4000倍以上，是纸和棉花等材料吸水能力的100倍左右。
4.2热稳定性好[13]
不同种类的高吸水性树脂吸水后，在外界条件如热、光、化学物质、压力等的作用下，稳定性会发生一定程度的改变，因而其稳定性主要包括热稳定性、光稳
定性和储存稳定性等。 热稳定性试验表明，高吸水聚合物在常用的温度范围( ＜90℃) 内吸水能力稳定，热稳定性和交联度有一定的联系，交联度越大，热稳定性也越大，但吸水能力有可能降低，如聚丙烯酸盐类树脂就是如此 。常温下，高吸水性树脂在密闭容器内可贮存3－4年，吸水倍率和吸盐水率不变，稳定性好。
4.3 吸氨性
高吸水性树脂大多为含有羟基羧基的阴离子聚合物，虽部分羟基羧基被中和，但部分仍显酸性，所以可吸氨，具有明显的除臭作用。
5 高吸水性树脂的应用
高吸水性树脂的许多优良性能，决定了他在很多方面的用途。目前已经被广泛应用于农业、工业、日常生活等各个方面，并且很受人们的青睐。
5.1 在油田中的应用[14]
将高吸水树脂与塑料或橡胶等混炼可制成密封材料，当这种材料遇水或其它水性流体就急剧膨胀，具有很好的密封性，特别是在输油气管线上的密封是最佳选择。此外还可用作油田的化学堵漏材料，高吸水性树脂亦可有效脱除油品中的少量水分，例如在含有少量水分的煤油中加入高吸水性树脂 ,充分搅拌后滤出树脂，可以得到全部脱除水分的油品[15]。
5.2农业方面的应用
利用高吸水性树脂的高保水性进行农林园艺保水、土壤改良是高吸水性树脂重要的潜在应用领域之一。将0. 1%的高吸水性树脂和土壤混合, 则土壤能保持更多的水分, 减少灌溉水的使用, 且透气性增强, 更适合农作物生长发育,提高苗木移植的成活率；如果用它同时吸收农药和肥料, 使之缓慢释放, 则可进一步促进植物的生长发育同时减少农药和化肥的浪费与环境污染。
5.3日常生活方面的应用
在制造雪花膏、香粉、花露水等化妆品的过程中加入0. 5%～ 1.0% 的高吸水性树脂代替强碱, 既可以防止刺激皮肤又可以防止香料和酒精的挥发,还可以使保持香味持久,还能起到保水增稠,滋润皮肤的作用,使皮肤润滑。在染发剂中加入聚丙烯酸盐高吸水性树脂,可以提高染色效果；在洗发水中加入高吸水性树脂既可以利用它的增稠性能提高洗发水的粘度，又可以对头发和头皮起到一定的
定性和储存稳定性等。 热稳定性试验表明，高吸水聚合物在常用的温度范围( ＜90℃) 内吸水能力稳定，热稳定性和交联度有一定的联系，交联度越大，热稳定性也越大，但吸水能力有可能降低，如聚丙烯酸盐类树脂就是如此 。常温下，高吸水性树脂在密闭容器内可贮存3－4年，吸水倍率和吸盐水率不变，稳定性好。
4.3 吸氨性
高吸水性树脂大多为含有羟基羧基的阴离子聚合物，虽部分羟基羧基被中和，但部分仍显酸性，所以可吸氨，具有明显的除臭作用。
5 高吸水性树脂的应用
高吸水性树脂的许多优良性能，决定了他在很多方面的用途。目前已经被广泛应用于农业、工业、日常生活等各个方面，并且很受人们的青睐。
5.1 在油田中的应用[14]
将高吸水树脂与塑料或橡胶等混炼可制成密封材料，当这种材料遇水或其它水性流体就急剧膨胀，具有很好的密封性，特别是在输油气管线上的密封是最佳选择。此外还可用作油田的化学堵漏材料，高吸水性树脂亦可有效脱除油品中的少量水分，例如在含有少量水分的煤油中加入高吸水性树脂 ,充分搅拌后滤出树脂，可以得到全部脱除水分的油品[15]。
5.2农业方面的应用
利用高吸水性树脂的高保水性进行农林园艺保水、土壤改良是高吸水性树脂重要的潜在应用领域之一。将0. 1%的高吸水性树脂和土壤混合, 则土壤能保持更多的水分, 减少灌溉水的使用, 且透气性增强, 更适合农作物生长发育,提高苗木移植的成活率；如果用它同时吸收农药和肥料, 使之缓慢释放, 则可进一步促进植物的生长发育同时减少农药和化肥的浪费与环境污染。
5.3日常生活方面的应用
在制造雪花膏、香粉、花露水等化妆品的过程中加入0. 5%～ 1.0% 的高吸水性树脂代替强碱, 既可以防止刺激皮肤又可以防止香料和酒精的挥发,还可以使保持香味持久,还能起到保水增稠,滋润皮肤的作用,使皮肤润滑。在染发剂中加入聚丙烯酸盐高吸水性树脂,可以提高染色效果；在洗发水中加入高吸水性树脂既可以利用它的增稠性能提高洗发水的粘度，又可以对头发和头皮起到一定的
保护作用,不会使头皮过度的干燥,且泡沫少，容易冲洗干净,洗后头发既光滑又柔软；在头发定型剂中加入高吸水性树脂后,在使用时易清洗,使用后易于梳理, 无粘滞感,且可使泡沫稳定。把香料加入到高吸水性树脂中后得到的固体香料剂可保持香味持久且不变。最近几年留香材料发展很快,现在已有空气新鲜胶、飘香纸,已广泛应用于挂历、广告画、食品包装以及各种香料薄膜中。将高吸水性树脂与乙酸共聚物混合,用吹塑成型法可以吹塑成儿童玩具。用高吸水性树脂的凝胶作冷冻剂可用于食品加工。可以看出高吸水性树脂在日常生活的各方面都有很多的应用。
结 语
高吸水性树脂的应用涉及到很多方面，包括农业、工业、医药卫生、食品及日常生活等许多方面。因此对吸水性树脂的研究有很大的实际用途，从目前的研究现状来看，我国在高吸水性树脂的研究规模和技术上和国外还存在很大的差别，我国高分子吸水性树脂的应用还仅局限于个人卫生用品，应大力开展其在农业、医药用品、日用化工和建筑中的应用。随着高吸水性树脂的发展，新工艺不断涌现，高吸水性树脂必将以其独具的优异性越来越受到人们的青睐。因此对高吸水性树脂的研究有很大的发展前景，再加上高吸水性树脂在生活各个方面的应用都比较广泛，而且在很多实际应用中有很好的性能，所以可以说高吸水性树脂是一种有很大用途的材料。
参考文献
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