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 ApplicationandRecentProgressonSuperabsorventMaterialTIANChun-lei,Zhen-yu,WUHong-wen(1,OrdnanceEngineeringCollege,Shijiazhuang050003,China;2.WuhanOrdnanceTopSe rgeantSchool,Wuhan430075,China)Abstract:Thedevelopmentprocessofsuperabsorbentwasintroduced.Theworkingmechan ismofthismaterialwasanalyzed.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.270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.但目前国内外研究与应用最多的集中在天然淀粉类,纤维素类和合成树脂类吸水材料上.3.1天然淀粉类吸水材料天然淀粉类吸水材料由于原料丰富,价格低廉,所以研究较多.该类材料由极性吸水基团组成,吸水后凝胶强度比较低,在吸水状态下会发生缓慢水解,尤其是在光9或加热情况下,容易出现凝胶溶解现象,耐热性较差,长期保水性不足,吸水后易积聚成团,而且容易腐烂,难于长期储存,因而淀粉类高吸水,tl材料仅适合于一次性使用.但是它无毒性,具有生物降解,tl,对环境无害.目前多用来制造卫生用品和婴儿尿布0立弋了03.2纤维素类吸水材料该类吸水材料的吸水倍率普遍不高,需要通过接枝的方法改善其吸水性,但可将其制成高吸水织物,与合成纤维混纺,能改善最终产品的吸水,tl能,这是淀粉类吸水树脂所不能取代的.而且由于纤维素来源广泛,有降低成本,废物资源化和成为环境友好材料的潜能,近年来已成为新的高吸水,tl材料研究开发的热点.目前,纤维素类的接枝方法通常有2种,一种是直接与亲水性单体接枝共聚,这种方法与淀粉接枝类似;其二是将一氯醋酸与纤维素反应引入羧甲基再用交联剂交联而成. 此外,将纤维素类吸收树脂与其它材料复合,可制备功能性材料,如高吸水醋酸纤维素胶囊膜等J.3.3合成树脂类吸水材料合成树脂类高吸水性材料主要有丙烯酸系列和改性聚乙烯醇系列.对于纯合成的高吸水性树脂,目前研究最多,产量最大的是聚丙烯酸类.这类材料的吸水与淀粉等天然高分子接枝共聚物相当,具有吸水率高,强度大,结构稳定,不易腐烂等优点,而且聚合方法和生产工艺都已相当成熟,产品综合性能好].此外,聚丙烯酸类高吸水材料经过适当处理后能制成纤维状树脂,可以用一般的纺织机械直接进行加工,这大大简化了产品的制造工艺.聚乙烯醇类吸水材料其吸水倍率不及聚丙烯酸类,但它的特点是吸水速度快,2～rain内即可达到饱和吸水量的一半.此外,还具有耐盐性,高凝胶强度等其它吸水材料所不具备的优良性能.4国内研究动态目前,我国在该类材料的开发和应用研究方面,与国外先进水平相比,仍存在较大差距.现阶段开展的相关研究主要从提高吸水能力,拓宽合成渠道,改善环保性能,开发应用领域等方面做工作.4.1合成方法研究为了提高吸水性材料的综合,tl能,广大科研工作者不断优化和改进已有的合成体系,努力探索新的聚合方法.如华南理工大学的王迎军等人研究了用可再生羧甲基纤维素,经二步加热法制备羧甲基纤维素基高吸水材料的途径,制得了羧甲基纤维素基高吸水材料,并探讨了交联机理;西安医学院的秦蓓等人探索了纤维素接枝丙烯酸类吸水剂的制备方法,并研究了不同聚合法对吸水率的影响规律;中国地质大学的凌辉等人对粉煤灰/聚丙烯酸钠高吸水复合材料的制备反方法进行了研究;舒小伟,沈上越等人对低成本耐盐,tl超强吸水复合材料的合成方法进行了探索.此外,辐射引发法,微波辐射法等先进技术在合成研究过程中均得到了一定程度的应用.4.2环保技术研究具有生物降解性的高吸水材料对环保具有非常重要的意义,主要有海藻酸钠类,纤维素类,聚乳酸类,聚氨基酸类,微生物合成类.目前国外这方面的研究已经起步,而国内研究较少.刘建树等人详细研究了国外可生物降解高吸水材料的研究状况;王庆军等利用Co',I射线辐射聚合合成淀粉接枝丙烯酸盐生物降解高吸水材料;赵妍嫣等人对淀粉接枝丙烯酸类高吸水材料的生物降解菌种进行了鉴定.徐斌,李利等人介绍了高吸水材料在国外环保方面的应用进展,并提出了将其直接用于较小颗粒大气气溶胶沉降的应用研究,但在国内外还很少有人开展相关研究.4.3功能型吸水材料的研究将高吸水性材料与塑料,橡胶等化合物进行复合,可制得既具有吸水特性又具有相混材料性质的功能性材料.杨秀利, 张书香等人l_1用丙烯酸钠与氯化聚乙烯经硫化交联制备了吸水膨胀性橡塑材料,可用于工程中的止水材料.另外,在吸水性材料中加入抗菌成分可制得吸水,tl医用抗菌纤维;或者在材27】包装工程PACKAGINGENGINEERINGV o1.28No.122007.12料合成过程中加入固体载体和芳香性物质,制得既能可持久释放出香味的吸水材料.此类技术在国外均有报道,但在国内相见甚少.此外,在夏季,吸水材料利用其受热失水的性能,还可达到保持室内凉爽的目的.在外墙装饰方面,该材料能用以种植如爬山虎之类的植物,起到对高大建筑表面绿化的效果.4.4新型应用领域研究由于高吸水性材料具有吸水能力强,吸水速度快和保水效果好等特点,在化工,卫生,医药,建材,农林业,电气电子,涂料等多种领域均有应用空间,目前在国内开展的相关研究较为广泛J.如在农业方面,有人提出其制备缓释型肥料或缓释型农用化学品,可防止有效组分被地表水冲走造成损失,大幅度提高肥效和药效.在家居装修,装饰材料方面,通过合理使用该材料,可有效调节室内环境,降低能耗.在劳保防护用品方面,该类材料在添加颜料后,可用于制作军服,消防服,防化服,手套等用品.经王久模等人研究,因其吸水率可以根据需要调节,此类服装或手套里层可获得很好的收汗效果L2J.陈惜明,薛烽等人在无水酒精生产过程中,用吸水材料作为工业脱水剂L3],取得了较好的效果.在环境保护方面的应用,尤其是在气溶胶沉降方面,南京师范大学的徐斌和李利,开展了该类材料在矿山企业路面抑制较大颗粒尘埃和空气净化方面_1的研究工作.刘川文,黄红军u等人,提出了将该类材料用于弹药包装的设想.4.5相关理论研究杨波等人研究了淀粉与丙烯酰胺在∞Co'y射线辐照下共聚反应的机理.张书香,单军等人[17-1s3研究了吸水材料的吸水机理.邹黎明,李艳L1等人通过实验,初步探索了制备工艺对吸水倍率的影响规律,并给出了吸水率的计算公式.王迎军L7研究了二步加热法制备羧甲基纤维素基高吸水材料的交联机理.凌辉运用红外广谱分析法,对制备的粉煤灰/聚丙烯酸钠高吸水复合材料的吸水机理进行了研究.5存在问题与发展方向目前,国内吸水性材料仍面临种类少,成本高的问题,使得其应用范围受到限制.结合该材料的特点和我国的具体状况,高吸水性材料应该着重向以下几个方面发展.(1)拓宽合成渠道,简化生产工艺,氏生产成本;(2)深入理论研究,探索作用机理;(3)加大环保力度,开展"绿色可降解研究进度;(4)拓宽应用领域,加大复合型材料开发力度.272参考文献:[1]王久模,覃永黔.NR基高吸水材料的研究,应用及现状[J].弹性体,2004,14(6):74—78.[2]刘建树,邹黎明.国外可生物降解高吸水材料的研究状况[J].合成技术及应用,2001,16(4):27—29.[3]陈惜明,薛烽.超强吸水材料在无水酒精生产过程中的应用研究[J].安徽化工,2004,(6):16—18.[4]程丝.高吸水性材料的复合化及进展[J].合成技术及应用, 2002,17(3):26—29.[5]张效林,薛伟明,等.吸水树脂一醋酸纤维素膜包络体控制释放系统[J].化学工程,1997,25(4):21—26.[6]李建法,宋湛谦.纤维素制备高吸水材料研究进展[J].林产化学与工业,2002,22(2):81—85.[7]王迎军,葛建华.二步加热交联法制备羧甲基纤维素基高吸水材料[J].化学工程,2005,33(5):50—52.[8]凌辉,沈上越.粉煤灰/聚丙烯酸钠高吸水复合材料的研制[J].功能材料,2006,37(11):1812—1815.[9]舒小伟,沈上越,等.低成本耐盐性超强吸水复合材料的研制[J].矿物岩石,2005,9(3):91—94.[10]吴文娟.纤维素系高吸水性树脂的研究进展[J].纤维素科学与技术,2006,14(4):57—61.[11]王庆军,全一武,等.利用6oCoy辐射聚合技术研制淀粉型农用高吸水材料[J].核技术,2003,26(4):311.[12]赵妍嫣,姜绍通,郑志,等.淀粉基高吸水树脂降解菌的筛选及初步鉴定[J].微生物学通报,2004,31(6):83.[13]徐斌,李利.一种高吸水材料的合成及其除烟效果研究[J],南京师范大学,2003,3(3):55—59.[14]张书香,等.氯化聚乙烯共混丙烯酸钠制备吸水膨胀橡塑材料[J].应用化学,2002,19(8):764-767,[15]刘川文.黄红军,等.我军弹药防潮技术的现状与发展[J].包装工程,2006,27(2):73—75.[16]杨波,赵榆林,刘烨.淀粉和丙烯酰胺的辐照接枝共聚反应研究[J].高分子材料科学与工程,2001,17(6):64-67.[17]张书香,李效玉,等.聚氨酯类吸水膨胀橡胶中结合水的研究[J].高分子材料与科学,2001,17(3):95—97.[18]单军,刘占军.辐射合成PAM水凝胶吸附水状态研究[J].高分子材料科学与工程,1997,13(2):35—38.[19]邹黎明,等.高吸水材料的制备以及制备工艺对吸水倍率的影响[J].中国纺织大学,2000,26(6):17—20.[20]杨本宏.超强高分子吸水材料的研究进展与应用[J].合肥联合大学,2002,3(12):97—101.。
新型功能化高吸水性树脂的研究进展
ｅ 高分子 电解质 ０ 可活动离子 ・交联点
图 １ 高 吸水 性 树 脂 的 网 状 结构
Ｆｉ ． Ｎｅ ｗｏｒ ｓ ｓｒ ｔ ｅｏ ｇ１ ｔ ｋ ｔｕｃｕｒ ｆＳＡＰ
较低 ， 防潮性 差 ； 制备 高吸水性 树脂 的合成原料 多为石
油产品， 成本 高 ， 需要 开发 利 用廉 价 的天 然资 源［ ； ８ 可 ］
新 型 功 能 化 高 吸水 性 树 脂 的 研 究 进 展
余响 林 ， 曾 艳 ， 李 兵。 程冬 炳 。 余训 民
（ 汉 工 程 大 学 绿 色化 工 过 程 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实验 室 ，湖 北 武 汉 ４ ０ ７ ） 武 ３ ０ ４
摘 要 ： 高吸 水 性树 脂是 一 类 新 型 的 功 能 高 分 子 材 料 ， 因其 特 殊 的 性 能 而 广 泛 应 用 于 石 油 化 工 、 疗 卫 生 、 筑 工 医 建 程 、 林 业 生产 等 众 多领 域 。综 述 了高 吸 水性 树 脂 的 合 成 方 法 、 用领 域 以及 发 展 趋 势 ， 提 出 了性 能 改进 的方 法 。 农 应 并 关键词 ： 高吸 水 性树 脂 ； 水机 理 ； 成 方法 ； 用 ； 能改 进 吸 合 应 性
２１，ｏ２ ． ０ＩＶ１ ８ ｏ３ ． Ｎ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ６ ２ ５ ２ ． ０ １ ０ ． ０ ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ７ — ４ ５ ２ １ ． ３ ０ ３
学 与 耋 劬 Ｚ 程
Ｃｈ ｍ ｉ ｒ ＆ Ｂｉｅ ｇｉ ｅｒ ｇ ｅ ｓ ｙ ｔ ｏ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ
降解 性差 ， 环 境不 友好 。作 者 在此 综 述 了高 吸水 对 ］
性树脂 的合成 方法 、 用领域及 发展趋 势 ， 应 并提 出了性
超强吸水材料SAP应用和研究进展
超强吸水材料SAP应用和研究进展胡登平学号08080323摘要：超强吸水树脂作为一种新型的功能高分子材料，其具有两个显著特点:高吸水性和高保水性。
考虑其重要应用价值和经济价值[1-4]，人们对它的研究越来越立体化，多角度，本文先是简单介绍了超强吸水材料SAP的组成，结构，吸水原理和分类。
后面重点介绍了现在国内关于SAP的研究，着重讲解了SAP对农作物的生长，环境保护以及石油开采中的应用。
关键字：超强吸水材料应用现状研究进展一．SAP的组成和结构：SAP的中文全称是高吸水树脂，英文全称是Super absorbent polymer,它是一种功能高分子材料，具有很高的分子量，主要是有碳氢原子和杂原子组成。
其结构特征有三点：一是分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；二是树脂具有交联结构；三是聚合物内部具有较高的离子浓度。
再从三个角度解剖一下SAP的结构：从化学结构看，主链或侧链上含有亲水性基团，如-SO3H，-COOH，-CONH2，-OH等；从物理结构看，低交联度的三维网络，网络的骨架可以是淀粉，纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。
从微观结构看，因其合成体系不同而呈现多样性：淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构，纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构，部分水解的聚丙烯酞胺树脂则呈粒状结构。
二．SAP的吸水原理和分类：一般吸水的原理分为物理吸附和化学吸附，而SAP正是通过化学键结合把水和亲水性基团结合在一起，从而达到吸水的目的，具体的吸水过程可以分为三步，首先是通过毛细管吸附和分散作用吸水，这一步的速度很慢的；而到了第二步速度明显增快，是水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。
最后随着吸水量的增大,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。
SAP的分类方法很多，可以根据原料来源分为淀粉系，纤维素系以及合成高分子系[5-6]。
高吸水性树脂的发展及研究现状_龚吉安
1 高吸水树脂的吸水机理
高吸水性树脂是由三维空间网络构成的高聚 物，它 的 吸 水 既 包 含 物 理 吸 附，又 包 含 化 学 吸 附。 Flory-Huggins 热力学理论［4］从聚合物凝胶内外离子 浓度差产生的渗透压出发，导出了高吸水性树脂溶 胀平衡时的最大吸水性。公式如下：
式中，Q 表示吸水倍率，Ve / V0 表示交联密度，（ 1 /2 － x1 ） 表示对水的亲和力，i / Vu 表示固定在树脂上的 电荷浓度，S 表示外部溶液电解质的离子强度，Vu 表 示单体单元（ 结构单元） 的摩尔体积。式中分子第 一项表示渗透压，第二项表示和水的亲和力，此两项 之和表示吸水能力。
Abstract： Super absorbent polymer is a kind of having hydrophilic group and cross-linked functional polymer material，widely used in many fields such as sanitary goods，sealing composites and medical drug-delivery systems． Absorbing water mechanism and properties of super absorbent polymer were discussed． Research progress of different kinds of super absorbent polymers at home and abroad were introduced， and the possible development in the future was predicated． Key words： super absorbent polymer； absorbent mechanism； research current situation
高吸水性树脂在医疗领域的应用研究进展
高吸水性树脂在医疗领域的应用研究进展随着医疗技术的不断发展，高吸水性树脂作为一种新型材料，在医疗领域的应用也越来越广泛。
高吸水性树脂具有出色的吸水性能和渗透性，可以吸收大量的液体，并保持稳定的状态，因此在医疗领域中有着广阔的前景。
首先，在医疗敷料方面，高吸水性树脂可以被用于制作创面敷料。
由于其良好的吸水性能，可以吸收伤口渗出的血液和分泌物，形成凝胶状层，有效保持伤口清洁，预防细菌感染。
此外，高吸水性树脂还可以通过调节吸水速度和容量来控制伤口渗流速度，从而促进伤口的愈合。
其次，在口腔医疗领域，高吸水性树脂也有着广泛的应用。
它可以被用于制作牙体修复材料，例如树脂复合材料。
高吸水性树脂的吸水性能使得修复后的牙体表面能够更好地与原始牙体接触，提升修复材料的附着力和稳定性。
此外，高吸水性树脂还可以用于制作口腔印模材料，准确复制患者口腔的形态，在制作义齿等口腔修复器械时起到重要作用。
在医用绷带和敷料方面，高吸水性树脂也被广泛应用。
与传统绷带相比，高吸水性树脂制成的绷带可以吸收伤口分泌物和细菌，保持伤口干燥，并避免绷带粘连于伤口，从而减少换绷带的频率。
此外，高吸水性树脂材料的柔软性和透气性能使得患者能够更加舒适地使用绷带，并减轻疼痛感。
除了以上应用，高吸水性树脂还有其他一些在医疗领域的研究进展。
例如，在药物缓释系统中，高吸水性树脂可以起到载药和控释药物的作用。
通过将药物包裹在高吸水性树脂内部，可以延缓药物的释放速度，并实现定期给药，提高药物疗效。
此外，高吸水性树脂还可以用于制作人工皮肤和组织工程方面的材料，为创口修复和组织再生提供支持。
然而，尽管高吸水性树脂在医疗领域的应用前景十分广阔，但也面临着一些挑战和限制。
首先，与传统材料相比，高吸水性树脂的成本较高。
这使得其在大规模应用方面存在一定的难度。
其次，高吸水性树脂的稳定性和持久性需要进一步提高，以保证在长期使用过程中表现出一致的性能。
此外，高吸水性树脂的毒性和生物相容性也需要更加深入的研究，以确保其安全可靠的应用于医疗领域。
高吸水性树脂的研究进展
ｐ Ｈ值为 ３ ， 能 力 为 ９ Ｌ ｇ ｐ 值 为 ７ ５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 ：Ｑ ２ Ｔ ３２
—
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ １７ ６ （０ １ ０ －０ ９０ １７ －８４ ２ １ ）５０ ０ － ４
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天然高分子改性高吸水性材料研究进展
（ 北工业 大学 材料 学 院 ， 西 陕西 西 安 ７ ０７ ； ２０ ２ ＊仲恺农 业 技术 学院 ， 广东 广州 ５０ ２ ） １２５
摘 要 天然 高分 子 改 性 高 吸 水 性 材 料具 有 可 降解 、 料 廉 价 且 来 源 广 泛 等 优 点 ， 高 吸 水 性 树 脂 的重 要 研 究方 向 。 原 是
维普资讯
第２ １卷第 １期 ２０ ０Βιβλιοθήκη ７年 １月 化 工 时刊
Ｃｈ ｍ ｉａｌＩｄ ｔｙ Ｔｉ ｅ ｃ ｎ ｕｓ ｒ ｍｅｓ
Ｖｏ１２１． ． Ｎｏ． １
Ｊ ａｎ． ２ ７ １． ００
天 然 高 分 子 改 高 性 材 料 研 究 进展 性 吸水
Ｌ ｉＺｉｉ ａ ｎ Ｃｕ ｎ ｄ Ｌ ｎ ｎ ｉＹｉｇ ｅ ｉＸｉｍｉ ｇ
（＊Ｆ ｃ ｌ ｆＭａｅ ａｓＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ， ｏｔｗ ｓｅ ｏｙｅｈ ｉａ Ｕ ｉｅｓ ｙ ａ ｕｔ ｏ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｎ ｒ ｅｔｒ Ｐ ｌｔｃ ｎｃ ｎｖ ｒｉ ， ｙ ｉ ｉ ｈ ｎ ｌ ｔ
的物理化 学性 质 ， 只是水分 子 的运 动受到 限制 。高 吸 水性 树 脂 三 维 空 间 网络 的 孔 径 越 大 ， 水 倍 率 越 吸 高［ 引。
高 吸 水 性 树 脂 一 般 是 高 分子 电解 质 ， 有强 吸 具 氨 、 水 、 液 和血液 能力［ 】 盐 尿 。凝 胶溶胀 时 ， 首先 是
Ｓ ａｘ Ｘａ ２０ ２ Ｚ ｏｇａ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ Ａ ｒ ｕ ｕｅａｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｇ ａｇｏｇＧ ａｇ ｏ ２５ ｈｎｉ ｉ ７ ０７ ；ｈｎｋｉ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｇ ｃｌ ｒ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｕ ｄｎ ｕｎｚ ｕ５ ０ ２ ） ｎ ｅ ｉ ｉ ｔ ｏ ｎ ｈ １
聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成及吸水机理研究进展_马斐
resin for wat er 注: V 水分子; A 不冻水; B 抱束水; C 自由水.
2. 2 溶液热力学理论 高吸水树脂与 水相界面两侧的化 学势不同,
使高吸水树脂表现出亲水性或憎 水性, 其吸水机
理可用热力学理论表示为:
Gm =
G1 -
G
0 1
( 1)
6
武汉工程大学学报
第 33 卷
式( 1) 中: G1
溶液聚合法是反应物与添加剂溶于适当的溶 剂中, 在光照或加热、辐射、引发剂的作用下而进 行的合成方法, 一般以水作为溶剂. 孙小然等[ 3] 人 采用水溶液聚合, 以 N, N 亚甲基双丙烯酰胺为 交联剂, 用部分中和的丙烯酸, 丙烯酰胺为单体, 制成交联型耐盐高吸水树脂, 树脂的吸盐水率和 吸纯水率分别在 140 g / g 和 1270 g/ g 以上. 溶液 聚合体系黏度较低, 混合和传热比较容易, 温度容 易控制, 引发效率高, 成本低等优点, 生产过程产 生的污染少, 易于实现清洁化生产. 但同时也存在 单体浓度低使聚合速率慢、设备利用率和生产能 力较低、聚合物分子量较低、产品后处理复杂等问
V u 为一个较大值, 在树脂吸水中处决定作用, 对于
非离子型树脂没有 F lor y 式中的第一项, 所以吸水
能力不如离子型树脂. Flo ry 公式表明, 当交联 密
度太小时, 聚合物未形成三维网状结构, 宏观上表
现为水溶性, 故吸水率低. 随着 交联密度的增加,
聚合物逐渐形成网络结构, 吸水率提高. 随着交联
2 高吸水性树脂的吸水理论
2. 1 结构理论 高吸水树脂是一种三 维网络结构, 不溶于水
而大量吸水膨胀形成高含水凝胶, 它吸水既有物 理吸附, 又有化学吸附, 可神奇的吸收成百上千倍 的水. 它具备这种吸水性和保水性的特性, 其分子 中必须含有强吸水性基团和一定 的网络结构, 即 具有 移动的 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去. 高吸水性树脂的微观结 构因合成体系的不同而呈现出多样性( 见图 1) : 一 是水分子与树脂高分子中电负性强的氧原子形成 氢键结合; 二是水分子与疏水基团的相互作用; 三 是 水 分 子 与 亲 水 基 团 的 相 互 作 用. K. N akam ura[ 14] 等用 DSC, N M R 法分析树脂凝胶中 水的结合状态, 结 果发现水在树脂中以三种状态 存在( 见图 2) , 即不冻结结合水, 冻结结合水, 自由 水, 其中大量为自由水. 表明了高吸水性树脂是高 度扩展的交联网络, 网络内外的渗透压是树脂大 量吸水的关键.
纤维素制备高吸水材料研究进展
第２ ２卷 第 ２期 ２０ ０ ２年 ６月
林 产 化 学 与 工 业
Ｃｈ ｍｉｔｙ ａ ｄ Ｉ ｕ ｔ ｆＦ ｒ ｓ ｏ ｕ ｔ ｅ ｓｒ ｎ ｎｄ ｓｒ ｏ ｏ ｅ ｔＰｒ ｄ ｃｓ ｙ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ １２ ．
出 了最 近 的 研 究 动 向 。
差键词 ： 纤维紊 ； 吸水 材料 高
中图 分 粪 号 ： ５ ９３ Ｔ ３２ Ｑ ３ ． ； Ｑ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：２ ３２ １ （ ０ ２ ０ －０ １） ０ ５ －４ ７ ２ ０ ）２９ ８ ４ ５
高 吸水材料 是 ２ Ｏ世 纪 ７ ０年代 率先 由美 国农业部 北方 研 究 中心 开发 成 功 的新 型 功 能 高分 子 产 品 ，
了大 量 的研究 ， 进行 了大面积推 广应 用 。国 内在农 林业 上 的应 用研究 开始 于 ２ 并 Ｏ世 纪 ８ 代 中期 ， Ｏ年 近
两年 随着 西部 开发 战略 的实施 ， 资源 的有 效利用 和生态 环境 建设成 为西部 开发 的重 中之 重 ， 吸水 材 水 高 料作 为一种 优 秀的农 林业 用节水 材料 ， 理所 当然受 到广泛关 注 。
１ １１ 纤雏 素羧 甲基化 ．．
纤维 素与 小 分 子的 一氯 乙酸 在 碱性 条 件 下反应 ， 成 具 有端 羧 基 的纤 维 素 生
醚 。这些 端羧基 是羧 甲基 纤维 素 （ ＭＣ 上 的主要亲 水基 团 ． Ｃ ） 吸永 能力 的大小 就 与这些 基 团 的多 少有 直
接关 系 ， 即与 Ｃ ＭＣ的取代 度（ ｓ 大小直接 相关 。通 常用做 高 吸水材 料 的 Ｃ Ｄ０
■纤备法究 制李研 维高，进 素吸湛展 水 建 材 宋 料 谦
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 １８ ５ ］ 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 ” １９ ９ ４年研 究 高吸水 性树脂 对 作 物生 长 土壤 结构 及土 壤
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。