[科普中國]-高吸水性樹脂

高吸水性樹脂是新開發(fā)的一種含有強親水性基團并具有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。以往使用的吸附材料，如紙、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15~40倍(指去離子水，以下同)，保水能力也相當差。70 年代中期，美國農(nóng)業(yè)部研究中心首先開發(fā)出一種高吸水性樹脂，此后各種類型的高吸水性樹脂相繼出現(xiàn)。這些樹脂不溶于水，也不溶于有機溶劑，能吸收數(shù)百倍至數(shù)千倍于自身重量的水，而且保水性強，即使加壓水也不會被擠出，因而引起了世界各國的關(guān)注。高吸水樹脂的工業(yè)生產(chǎn)能力不斷擴大，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、建筑材料、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)、林業(yè)及食品工業(yè)。1

簡介高吸水性樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一種新型功能高分子材料。具有親水基團、能大量吸收水分而溶脹又能保持住水分不外流的合成樹脂，如淀粉接枝丙烯酸鹽類、接枝丙烯酰胺、高取代度交聯(lián)羧甲基纖維素、交聯(lián)羧甲基纖維素接枝丙烯酰胺、交聯(lián)型羥乙基纖維素接枝丙烯酰胺聚合物等，一般可以吸收相當于樹脂體積100倍以上的水分，最高的吸水率可達1000倍以上，一般作為醫(yī)用材料，如尿布、衛(wèi)生巾等，工業(yè)上亦用作堵漏材料。

發(fā)展歷史1950年微架橋聚合丙烯酸(增粘劑)的工業(yè)化（Goodrich 公司；USA）

1960年親水性高分子上市，架橋聚氧化乙烯（土壤保水劑），架橋聚乙烯醇（人工水晶體）

增粘劑

1974美國農(nóng)業(yè)部發(fā)表了吸水性樹脂的研究成果.

1978年世界上最早的吸水性樹脂的商業(yè)化生產(chǎn)開始 (三洋化成)

吸水性樹脂

1982年用于紙尿褲的需求增大。高分子凝膠的相轉(zhuǎn)移理論的發(fā)表（田中豊一）

90年代高分子學(xué)會開始成立「高分子凝膠研究會」（對于機能性凝膠的研究發(fā)表日趨活躍）

機能性凝膠

它能夠吸收自身重量幾百倍至千倍的水分，無毒、無害、無污染；吸水能力特強，保水能力特高，通過丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高負荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被簡單的物理方法擠出，并且可反復(fù)釋水、吸水。應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)方面，可在植物根部形成“微型水庫”。高吸水性樹脂除了吸水，還能吸收肥料、農(nóng)藥，并緩慢的釋放出來以增加肥效和藥效。高吸水性樹脂以其優(yōu)越的性能，廣泛用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、城市園林綠化、抗旱保水、防沙治沙，并發(fā)揮巨大的作用。此外，高吸水性樹脂還可應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、石油開采、建筑材料、交通運輸?shù)仍S多領(lǐng)域。

現(xiàn)有的高吸水性樹脂的廠家有：三大雅精細化學(xué)品有限公司、日本觸媒、得米化工、住友精化、巴斯夫、臺塑這幾大公司占了全球產(chǎn)量的99%，其中三大雅占55%。2

特性1.高吸水性：能吸收自身重量的數(shù)百倍或上千倍的無離子水。

2.高吸水速率：每克高吸水樹脂能在30秒內(nèi)就吸足數(shù)百克的無離子水。

3.高保水性：吸水后的凝膠在外加壓力下，水也不容易從中擠出來。

4.高膨脹性：吸水后的高吸水樹脂凝膠體體積隨即膨脹數(shù)百倍。

5.吸氨性：低交聯(lián)型聚丙烯酸鹽型高吸水性樹脂其分子結(jié)構(gòu)中含有羧基陰離子，遇氨可將其吸收，有明顯的去臭作用。3

材料分類高吸水性樹脂發(fā)展很快，種類也日益增多，并且原料來源相當豐富，由于高吸水性樹脂在分子結(jié)構(gòu)上帶有的親水基團，或在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有的低交聯(lián)度或部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)又不盡相同，由此在賦予其高吸水性能的同時也形成了一些各自的特點。從原料來源、結(jié)構(gòu)特點、性能特點、制品形態(tài)以及生產(chǎn)工藝等不同的角度出發(fā)，對高吸水性樹脂進行分類，形成了多種多樣的分類方法。

按原料來源進行分類

隨著人們對高吸水性樹脂研究的不斷深入對傳統(tǒng)的高吸水性樹脂分為淀粉系列、纖維素系列和合成樹脂系列的分類方法，已不能滿足分類要求。因此，鄒新禧教授結(jié)合自己的研究成果，提出了六大系列的分類。

淀粉系：包括接枝淀粉、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黃原酸鹽等；

纖維素系：包括接枝纖維素、羧甲基化纖維素、羥丙基化纖維素、黃原酸化纖維索等；

合成樹脂系：包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類、無機聚合物類等；4

蛋白質(zhì)系列：包括大豆蛋白類、絲蛋白類、谷蛋白類等；

其他天然物及其衍生物系：包括果膠、藻酸、殼聚糖、肝素等；

共混物及復(fù)合物系：包括高吸水性樹脂的共混、高吸水性樹脂與無機物凝膠的復(fù)合物、高吸水性樹脂與有機物的復(fù)合物等。

按親水基團的種類進行分類

陰離子系：包括羧酸類、磺酸類、磷酸類等；

陽離子系：包括叔胺類、季胺類等；

兩性離子系：包括羧酸-季胺類、磺酸-叔胺類；

非離子系：包括羥基類、酰胺基類等；

多種親水基團系：包括羥基-羧酸類、羥基-羧酸基-酰胺基類、磺酸基-羧酸基類等。4

按親水化方法進行分類

高吸水性樹脂在分子結(jié)構(gòu)上具有大量的親水性化學(xué)基團，而這些基團的親水性很大程度上影響著高吸水性樹脂的吸水保水性能，如何有效獲得這些化學(xué)基團在高吸水性樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)上的組織結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各化學(xué)基團所在親水點的效能，已經(jīng)成為對高吸水性樹脂研究的重點。故可以從親水化方法進行分類。

親水性單體的聚合(如聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物等)；

疏水性(或親水性差的)聚合物的羧甲基化(或羧烷基化)反應(yīng)(如淀粉羧甲基化反應(yīng)、纖維素羧甲基化反應(yīng)、聚乙烯醇(PVA)-順丁烯二酸酐的反應(yīng)等)；

疏水性(或親水性差的)聚合物接枝聚合親水性單體(如淀粉接枝丙烯酸鹽、淀粉接枝丙烯酰胺、纖維素接枝丙烯酸鹽、淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚物等)；

含氰基、酯基、酰胺基的高分子的水解反應(yīng)(如淀粉接枝丙烯腈后水解、丙烯酸酯-醋酸乙烯酯共聚物的水解、聚丙烯酰胺的水解等)。

按交聯(lián)方式進行分類

高吸水性樹脂交聯(lián)控制是控制其空間組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)的重要方面，其交聯(lián)點的密度大小直接影響高吸水性樹脂的吸水和保水能力。因此根據(jù)交聯(lián)點形成方式的不同，可進行如下分類。

交聯(lián)劑進行網(wǎng)狀化反應(yīng)(如多反應(yīng)官能團的交聯(lián)劑水溶性的聚合物、多價金屬離子交聯(lián)水溶性的聚合物、用高分子交聯(lián)劑對水溶性的聚合物進行交聯(lián)等)；

自交聯(lián)網(wǎng)狀化反應(yīng)(如聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺等的自交聯(lián)聚合反應(yīng))；

放射線照射網(wǎng)狀化反應(yīng)(如聚乙烯醇、聚氧化烷烴等通過放射線照射而進行交聯(lián))；

水溶性聚合物導(dǎo)入疏水基或結(jié)晶結(jié)構(gòu)(如聚丙烯酸與含長鏈(C12～C20)的醇進行酯化反應(yīng)得到不溶性的高吸水性聚合物等) 。

其他分類方法

以制品形態(tài)分類，高吸水性樹脂可分為粉末狀、纖維狀、膜片狀、微球狀等。

以制備方法分類，高吸水性樹脂可分為合成高分子聚合交聯(lián)、羧甲基化、淀粉接枝共聚、纖維素接枝共聚等。

以降解性能分類，SAP可分為非降解型(包括丙烯酸鈉、甲基丙烯酸甲酯等聚合產(chǎn)品)、可降解型(包括淀粉、纖維素等天然高分子的接枝共聚產(chǎn)品)。

用途1)醫(yī)療衛(wèi)生：衛(wèi)生巾，尿墊，尿褲，醫(yī)用床墊，吸水紙，緩釋性藥物，膏，水袋等。2)農(nóng)業(yè)和園林：土壤保水，種子包衣，拌種育苗。

3)工業(yè)：止水膨脹橡膠，吸水防污涂料，防結(jié)露涂料，防靜電涂料，油田堵水及油水分離，光纜

用阻膠帶及纜膏，混凝土的養(yǎng)護等。

4)食品工業(yè)用吸水劑，水果和蔬菜的保鮮劑。5

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)