李兵+(1)+吸水.

1、新型吸水樹脂的研究進(jìn)展高分子二班李兵安徽建筑大錄目錄1. 吸水樹脂概述2. 結(jié)構(gòu)及吸水機(jī)理4. 實(shí)際應(yīng)用及展望3. 分類及研究現(xiàn)狀1.1 超吸水樹脂的定義吸水樹脂吸水樹脂（Super Absorbent Polymer，簡稱SAP）,又叫水凝膠、超強(qiáng)吸水劑、保水劑、保濕劑，是一種含有羥基、羧基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物，不溶于水也不溶于有機(jī)溶劑1-3。1.2 超吸水樹脂概況 其能夠吸收自身重量幾百倍或上千倍的水，最高其能夠吸收自身重量幾百倍或上千倍的水，最高可達(dá)五千倍，吸水后立即溶脹為水凝膠，其有優(yōu)可達(dá)五千倍，吸水后立即溶脹為水凝膠，其有優(yōu)良

2、的保水性，即使受壓也不易擠出。良的保水性，即使受壓也不易擠出。淀粉接枝丙烯腈淀粉接枝丙烯腈1961年丙烯晴接枝淀粉或纖維素丙烯晴接枝淀粉或纖維素1971年日本日本SAPSAP工業(yè)化工業(yè)化1978年廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域APAP應(yīng)用于紙尿布應(yīng)用于紙尿布1983年21世紀(jì) 1.3 發(fā)發(fā) 展展 歷歷 程程化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)主鏈或接枝側(cè)鏈上含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性官能團(tuán).物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)低交聯(lián)度的三維網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的骨架可以是淀粉、纖維素等天然高分子，也可以是合成樹脂。超吸水樹脂超吸水樹脂結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)52.1 超吸水樹脂的結(jié)構(gòu)2.1 超吸水樹脂的結(jié)構(gòu)從從化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)看：親水基電負(fù)性越大，吸水率

3、越大?？矗河H水基電負(fù)性越大，吸水率越大。 親水性：親水性：- COONa - COOH - CONH- COONa - COOH - CONH2 2 -OH -OH從從物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)看：交聯(lián)度的增加抑制了三維分子網(wǎng)的伸展，加看：交聯(lián)度的增加抑制了三維分子網(wǎng)的伸展，加強(qiáng)了彈性收縮力，因而使吸水率下降；但是交聯(lián)度過低，會(huì)強(qiáng)了彈性收縮力，因而使吸水率下降；但是交聯(lián)度過低，會(huì)導(dǎo)致樹脂的三維網(wǎng)絡(luò)不完全，樹脂在水中的可溶性增加，而導(dǎo)致樹脂的三維網(wǎng)絡(luò)不完全，樹脂在水中的可溶性增加，而使吸水率下降。使吸水率下降。從從微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)看：看：超吸水樹脂的超吸水樹脂的微觀結(jié)構(gòu)呈多微觀結(jié)構(gòu)呈多樣性樣性6部分水解的

4、聚部分水解的聚丙烯酞胺樹脂丙烯酞胺樹脂則呈則呈粒狀結(jié)構(gòu)粒狀結(jié)構(gòu)淀粉接枝丙淀粉接枝丙烯酸呈海島烯酸呈海島型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)纖維素接枝纖維素接枝丙烯酰胺呈丙烯酰胺呈峰窩型結(jié)構(gòu)峰窩型結(jié)構(gòu)2.1 超吸水樹脂的結(jié)構(gòu)2.1 超吸水樹脂的結(jié)構(gòu)42.2 超吸水樹脂的吸水機(jī)理吸水機(jī)理吸水機(jī)理10，11 ：超吸水性樹脂是由三維空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的高聚物,它的吸水,既有物理吸附,又有化學(xué)吸附。物理吸附物理吸附：傳統(tǒng)的吸水性材料如棉花、紙張、海綿等,其吸水主要是毛細(xì)管的吸附原理,吸水能力不高,只能吸收自重的幾十倍的水,一旦施壓,水就逸出?；瘜W(xué)吸附化學(xué)吸附：通過化學(xué)鍵的方式把水和親水性物質(zhì)結(jié)合在一起成為一個(gè)整體。此種吸附結(jié)合很牢,

5、加壓也不會(huì)失水。2.2 超吸水樹脂的吸水機(jī)理階段一階段二階段三通過毛細(xì)管吸附毛細(xì)管吸附和分散作用分散作用緩慢地吸水水分子通過氫鍵氫鍵與親水基作用,使之離解, 離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透滲透壓壓差趨向于零;彈性收縮力逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達(dá)到吸吸水平衡水平衡2.3 超吸水樹脂的性能表征吸水速率吸水速率吸水倍率吸水倍率凝膠強(qiáng)度凝膠強(qiáng)度反復(fù)性反復(fù)性吸鹽倍率吸鹽倍率保水性保水性性能指標(biāo)3.1 超吸水樹脂的分類8,9分 類 方 法類 別按原料來源分類a. 淀粉類；b. 纖維素類；c. 合成聚合物類：聚丙烯酸鹽系； 聚乙烯醇系； 聚氧乙烯系等。按親水基團(tuán)引入方式分類a. 親

6、水單體直接聚合；b. 疏水性單體羧甲基化；c. 疏水性聚合物用親水單體接枝；d. 腈基、酯基水解。按交聯(lián)方法分類a.用交聯(lián)劑網(wǎng)狀化反應(yīng)；b.自身交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)；c.輻射交聯(lián)；d.在水溶性聚合物中引入疏水基團(tuán)或結(jié)晶結(jié)構(gòu)。按產(chǎn)品形狀分類a.粉末狀；b.顆粒狀；c.薄片狀；d.纖維狀。3.1 超吸水樹脂的分類8,9AdvantagesDisadvantages來源廣泛，產(chǎn)量巨大來源廣泛，產(chǎn)量巨大價(jià)格便宜價(jià)格便宜吸水率高，通常千倍以上吸水率高，通常千倍以上生物降解性，環(huán)境友好生物降解性，環(huán)境友好耐鹽堿性差耐鹽堿性差 凝膠強(qiáng)度小凝膠強(qiáng)度小耐候性差耐候性差易水解，使用壽命短易水解，使用壽命短3.1.1 淀

7、粉類6-93.1.1 淀粉類3淀粉類吸水樹脂的制備方法淀粉類吸水樹脂的制備方法3.1.1 淀粉類研究進(jìn)展：Jun ping Zhang等14采用丙烯酸接枝淀粉水溶液自由基聚合，由 N,N- 亞甲基雙丙烯酰胺作為引發(fā)劑合成一種新型快速溶漲多孔超強(qiáng)吸水劑，該吸水劑比無孔的超吸水劑吸收能力大，吸水速度快。劉秀清等15用輻照引發(fā)淀粉接枝丙烯酸合成高吸水樹脂,結(jié)果表明其具有快速的吸水和儲(chǔ)水能力,吸水能力為去離子水達(dá)766mL/g,生理鹽水64mL/g,生物相容性好,且具有生物降解性。3.1.2 纖維素類研究進(jìn)展：研究進(jìn)展：Hiroyuki Kono等16將纖維素溶與LiCl/NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶

8、液中，通過與丁烷四羧酸（BTCA）簡單的酯化交聯(lián)反應(yīng)，制備出生物可降解超吸水樹脂，改變BTCA的投料比，吸水率最高可達(dá)720g/g。Chunyu Chang等17在NaOH/urea溶液中，用氯丙烷作為交聯(lián)劑，交聯(lián)CMC和纖維素，制備出溶脹比可控的超吸水樹脂。以纖維素作為骨架，CMC提供較高的溶脹比，得到的最大吸水率為1000g/g。3.1.2 纖維素類纖維素類超吸水樹脂的應(yīng)用和發(fā)展前景3.1.3 合成類與天然高分子接枝共聚物相比,合成類SAP具有生產(chǎn)生產(chǎn)成本低成本低,工藝簡單工藝簡單,生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高,吸水性能好吸水性能好等一系列優(yōu)點(diǎn),且他們分子中不存在多糖單元,所得產(chǎn)品不易不易腐敗腐敗

9、 。合成系SAP種類很多,主要有聚丙烯腈類、聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺類、聚丙烯酸(鹽)化乙烯類。研究進(jìn)展：研究進(jìn)展：蔡籌等18以丙烯酸為主要原料，采用先乳化后聚合的方式，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的共聚物，然后進(jìn)行表面交聯(lián)處理得到吸水速度較快的高吸水性樹脂。3.2 超吸水樹脂的制備方法傳統(tǒng)方法新技術(shù) 本體聚合 溶液聚合 反相懸浮聚合 反相乳液聚合 超聲引發(fā) 紫外光輻射引發(fā) 微波輻射引發(fā) - 射線輻射引發(fā)3.3 超吸水樹脂的改性方法提高耐鹽性提高吸水速率提高凝膠強(qiáng)度1.同時(shí)引入離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)2.以一定分子質(zhì)量且含親水基團(tuán)的物質(zhì)為交聯(lián)劑3.利用具有表面羥基和親水性等特點(diǎn)與SAP復(fù)合1.引入非離子基團(tuán)2.

10、增加表面積3.SAP表面進(jìn)行親水改性1.對復(fù)合材料進(jìn)行后處理，如表面交聯(lián)2.在SAP中引入無機(jī)礦物3.離子型SAP與非離子型共混4.1 超吸水樹脂的應(yīng)用土壤保水劑生理衛(wèi)生用品水泥保濕劑醫(yī)藥緩釋電子工業(yè)包裝材料密封材料污水處理超吸水樹脂的應(yīng)用4.1.1 生理衛(wèi)生用品 制造生理衛(wèi)生用品是高吸水性樹脂應(yīng)用研究比較成熟的一個(gè)領(lǐng)域，也是目前最大的市場，約占總量的70%。其也可用于化妝品、洗滌劑、水性涂料等的增稠。 4.1.2 農(nóng)業(yè)、沙漠治理 由于高吸水性樹脂良好的吸水能力和保水性，農(nóng)業(yè)上用作土壤保水劑。只要在土壤中混入0.1%的高吸水性樹脂，土壤的干濕程度會(huì)得到很好的調(diào)節(jié)，使作物長勢旺盛，節(jié)省勞力。同樣

11、有效治理沙漠化。4.1.3醫(yī)藥領(lǐng)域用于含水量大、使用舒適的外用軟膏，生產(chǎn)醫(yī)用繃帶及棉球，用于含水量大、使用舒適的外用軟膏，生產(chǎn)醫(yī)用繃帶及棉球， 制造抗感染皮制造抗感染皮膚。膚。4.1.4建材領(lǐng)域SAP SAP 可用作混可用作混凝土添加劑凝土添加劑, ,改改善混凝土的性善混凝土的性能，還可用于能，還可用于瀝青改性、防瀝青改性、防洪工程等洪工程等 。4.2 超吸水樹脂的展望目前，國內(nèi)外研制的各種高吸水樹脂大部分對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，在鹽水中的吸水率卻降到1/501/10，這就造成其在實(shí)際應(yīng)用中大打折扣。因此要解決以上難題可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：（1）開發(fā)抗鹽性好的高吸水樹脂，擴(kuò)大使用

12、范圍。（2）目前國內(nèi)對高吸水樹脂研究中，大約90%以上是產(chǎn)品開發(fā)方面的，涉及高吸水樹脂基礎(chǔ)理論的研究很少。（3）研發(fā)新型的復(fù)合型高吸水樹脂利用無機(jī)或有機(jī)材料與高吸水樹脂物理混合或參與聚合反應(yīng)而制得的復(fù)合型高吸水樹脂。（4）采用新的引發(fā)方法，特別是微波輻射方法、紫外輻射方法實(shí)現(xiàn)其工業(yè)生產(chǎn)。（5）改進(jìn)工藝路線，符合世界研制綠色工藝產(chǎn)品，追求環(huán)境友好的發(fā)展趨勢。我們相信沙漠變成綠洲等很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)！參考文獻(xiàn)120 April 2010 / Revised: 14 August 2010 / Accepted: 26 October 2010 The Korean Society for Biotech

13、nology and Bioengineering and Springer 20112徐磊，唐玉邦， 虞利俊， 裴 勤， 王恒義等高吸水樹脂的性能及農(nóng)業(yè)應(yīng)用展望 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， （）： 3luohao Ma, Qian Li , Qinyan Yue, Baoyu Gao, Xing Xu, Qianqian Zhong Shandong Key Laboratory of Water Pollution Control and Resource Reuse, School of Environmental Science and Engineering, Shandong Universi

14、ty, 250100 Jinan, PR China4Li Fang, Ying Zhao and Tian Wei Tan* Beijing Key Lab of Biochemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029,Peoples Republic of China5盧潮陵.高吸水樹脂的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景J.能源與環(huán)境，2011，2：7-9.6Yasemin Bulut,Gulten Akc,Duygu Elma. Synthesis ofclay-based superabs

15、orbent composite and its sorption capabilityJ.Journal of Hazardous Materials, 2012,171:77楊小玲,陳佑寧.淀粉-丙烯酸/聚丙烯酰胺復(fù)合吸水樹脂的制備及性能J.應(yīng)用化工，2012，41（5）：427-429.8黃亞瓊,彭少賢,李龍.可生物降解超強(qiáng)吸水劑的研究進(jìn)展J.化工新型材料，2011,39(4):9-17.9Francisca Santiago, Antonio E. Mucientes,Monica Osorio.Preparation of composites and nanocomposites

16、based on ben-tonite and poly(sodium acrylate). Effect of amount of bentoniteon the swelling behaviourJ.European Polymer Journal,2011,43:1-9.參考文獻(xiàn)10劉秀清,馮建,等.60Co射線輻照淀粉接枝丙烯酸制備高吸水樹脂J.核農(nóng)報(bào),2010,2:196.11王艷.纖維素系高吸水樹脂的合成及種類J.化工時(shí)刊,2010,24(12):48-50.20Chunyu Chang, Lina Zhang.Cellulose-based hydrogels: Present

17、 status and application prospectsJ.Carbohydrate Polymers,2011,84:40-53.13劉會(huì)茹,劉猛帥，等.纖維素溶劑體系的研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào)A，2011,25:135-139.14付林林,李賀,任培兵,等.天然纖維素溶劑的研究進(jìn)展J.河北化工，2010，33（9）：14-17.15Chunyu Changa,Lingzhi Zhanga,Jinping Zhoua.Structure and properties of hydrogels prepared from cellulose in NaOH/urea aqueous solutionsJ.Carbohydrate Polymers,2010,82:122-127.16G.de Marco Lima.Characterisation of bacterial cellulose partly acetylated by dimethylacetamide/lithium chlorideJ.Materials Science and Engineering C,2011,31:190-197.參考文獻(xiàn)17Hiroyuki Kono,Sayaka Fujita.Biodegradable superabsorbent hydrogels derived fro