可再生天然原料绿色高吸水树脂的研究和发展

吴海霞，图力古日，马晓丽

（内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特 010010）

可再生天然原料绿色高吸水树脂的研究和发展

吴海霞，图力古日，马晓丽

（内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特 010010）

可再生天然原料绿色高吸水树脂对建设环境友好型社会具有重要的意义和价值。本文结合绿色高吸水树脂的分类、合成方法、制备工艺及相关应用，探讨可再生天然原料绿色高吸水树脂的未来发展趋势。

可再生天然原料；绿色；高吸水树脂；应用；发展

1 绿色高吸水性树脂的分类

从原料、结构性能以及制备工艺等方面，绿色高吸水树脂可以划分为不同的类型。

1.1 淀粉系高吸水树脂

高吸水树脂的原料来源于淀粉。淀粉作为一种天然的多羟基天然化合物，原料廉价易得，但淀粉缺少耐热性能和水溶性，容易腐烂变质，长期保存的难度较大，因此在制备树脂时需要对其进行性能的改造。其中常用的方法就是接枝共聚，常用的单体是丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等[1]。杨庆荣等利用正交试验，对玉米淀粉接枝丙烯腈，分析了配比问题和反应的条件，发现树脂的吸收倍率为800g/g。Ray ford W.E 等采用接枝丙烯腈制备了出了交联产物，不仅吸水性能较强，且还能够吸附重金属离子，在污水处理方面得到良好的应用。淀粉接枝丙烯酸高吸水树脂工艺流程比较简单，不需要进行皂化水解，与丙烯腈相比，毒性较低，溶剂消耗少，大大增强了吸水的性能。柳明珠等在玉米淀粉上接枝丙烯酸并结合水溶液聚合法得到了高吸水树脂，该类型的树脂在常温下30min吸附去离子水的吸收倍率为1 000g/g，吸附自来水的吸附倍率为200g/g。潘松汉等以羧甲基淀粉为原料，采用接枝法制备了高吸水树脂，吸水的性能较高且稳定，并且无废物的产生，在生产领域中得到了广泛的应用。

1.2 纤维素系高吸水树脂

纤维素的来源十分的丰富且廉价，纤维素作为多羟基的化合物具有很多的毛细管，且表面积大，利用毛细管吸水，能够调节pH值，具有抗生物降解的性能，因此在高吸水树脂的制备中得到了广泛的应用。邹新禧等采用羧甲基纤维素接枝丙烯酸，采用反相乳液聚合法制备得到高吸水树脂，吸附倍率为1 200～2 000g/g，利用盐式溶液法制成的产物吸水倍率为1 000～1 600g/g。纤维素接枝丙烯酸作为吸附剂，具有较高的耐盐性，吸水的速度较快，并且强度较大。随着研究的方法的逐渐增多，在纤维素上使用多种官能团增强器复合功能，是纤维素类高吸水树脂未来的发展方向。

1.3 蛋白质高吸水树脂

蛋白质作为一种可生物降解和可再生的能源在研究领域中备受关注。蛋白质具有较强的亲水性，其大分子链中具有羧基、氨基等亲水的基团，并且具有较强的水亲和力，能够借助基团吸附水分子。蛋白质高吸水性树脂的制备一般采用对动植物蛋白进行接枝共聚和交连改性等。Rathna等对大豆蛋白质中80%的氨基使用乙二胺四乙酸酐改性，然后以戊二醛作为交联剂，将剩余的氨基进行改性，制备的高吸水树脂的吸水备倍率为425g/g。采用相同的方式改性鱼蛋白内的硫氰基二硫化物，得到的鱼蛋白高吸水树脂的吸水倍率为540g/g，以这样的方式得到的蛋白基高吸水树脂能够完全降解，但是原料获得较为困难，且成本较高，酰化反应改性的吸水倍率较低。

1.4 腐殖酸

腐殖酸作为自然界中生物的残骸，也是一种天然的有机大分子化合物，其成分比较复杂，含有多种官能团。官能团上具有亲水的基团，有较强的吸附能力。腐殖酸作为土壤营养成分的重要组成部分，能够促进植物生长，增强植物的营养状态，提高土壤的保水能力。因此可以利用腐殖酸制备高吸水树脂，将腐殖酸盐与丙烯酸等单体进行接枝共聚，得到具有较强吸水性的高吸水树脂，在农林保水中得到广阔的应用。另外将腐殖酸盐与吸水剂混合发生交联反应，能够提高树脂的吸水性能和耐盐性，在农业盐碱地中应用十分广泛。

2 绿色高吸水树脂的合成方法

2.1 溶液聚合法

是由单体和引发剂溶于水中进行聚合反应的方法。自由基聚合、离子型聚合、缩聚等反应均可选用溶液聚合。其优点为：聚合体系粘度较低，混合传热容易，温度容易控制，不易产生局部过热；引发剂分散较均匀，引发效率高；产物分子量比较均匀，可制成多种形式的产品。但同时存在着由于单体浓度低，聚合速度慢，设备的利用率和生产能力较低；活性链向溶剂转移使聚合分子量较低的缺点。

2.2 反相悬浮聚合

是以油性物质为分散介质，以反应液等水溶液为分散液滴的合成方法。此法可以直接得到粒状产物，体系粘度低，聚合热易排除，分子量较高的产品。但是除去产物中分散剂的残留物是个问题，还有大量低沸点的有机溶剂参与，要特别注意毒性和易燃问题。

2.3 反相乳液聚合法

是将分散介质（油相）加入反应器中，再加乳化剂达到其临界胶束浓度，充分搅拌使乳化剂溶解并分散均匀，通氮加热到反应温度后滴加配好的反应液发生聚合反应，一定的时间后共沸脱水，经进一步处理后得到产品。反相乳液聚合可以使反应速度和分子量同时提高，但和反相悬浮聚合一样存在纯化和大量有机溶剂回收的问题[2]。

2.4 接枝聚合法

接枝聚合包括聚合物接枝共聚和接枝共聚。其中，聚合物接枝共聚是指在天然的网状高分子上进行自由基接枝聚合制得高吸水树脂。而接枝共聚是将亲水性单体接枝到聚合物中，和聚合物主链上的活性中心发生反应。通过天然高分子的接枝改性合成的高吸水性树脂的优点是成本较低、产物超过使用周期可以分解，缺点是工艺复杂、产品易腐败，强度较差。

2.5 辐射聚合法

辐射聚合是指在不使用任何引发剂和交联剂，仅仅利用高能电子束或者高能射线照射单体溶液，使其发生自由基聚合。辐射引发聚合法工艺简单，成本低，在反应过程中不加入任何助剂，所得产物纯度较高。

3 绿色高吸水树脂在不同领域的应用

绿色高吸水树脂源自天然原料，吸水速度快，吸水率高，并且生物降解性较高，对环境无任何污染，因此在各个行业中得到了广泛的应用。

3.1 农业方面的应用

中国作为水资源短缺的国家之一，东西气候的差异使得我国的许多地区干旱少雨，对农业的可持续发展造成了严重的影响。因此在农业的发展领域中实施高效节水机制已经成为农业发展的主要路径。近年来随着高吸水树脂材料的研究，农业中利用高吸水树脂的良好吸水性能够有利于土壤水分的保持，有效解决了农业用水困难。在土壤破坏造成的缺水农业地区，凝胶状的水合物能够释放自身的水分，促进农作物对水分的吸收，并且能够在一定的条件下降解，为农作物的生长提供肥沃的土壤环境。天然原料绿色高吸水树脂在农业中的应用不仅有利于农作物的吸水和保水，还能够增加土壤的成分，为农作物的生长提供肥料。

3.2 医药领域的应用

在医药领域，用高吸水树脂做控制药剂释放速度的载体，不仅其生物适应性好，还能通过调节药剂的含水率而改变药剂的释放速度，使药剂基本维持定值，可避免随时间推移而药剂的释放速度降低。Kinam Park等合成出一类高吸水树脂，该高吸水树脂由于通过毛细作用使多孔结构展开，所以它具有非常快速的吸水速率，并且很快达到平衡，该类高吸水树脂应用于药物向肠胃扩散的控制剂。

3.3 食品包装领域的应用

高吸水树脂是可降解的绿色高分子材料，将会替代不可降解的塑料制品，在包装行业和餐饮行业具有较大的市场发展空间。可再生的绿色高吸水树脂在鸡肉、猪肉等肉食品中能够制成脱水材料，通过吸收流出的液体来维持食物的保鲜期。廖列文等利用淀粉接枝丙烯酸钠制成高吸水树脂，之后与丙二胺、水按照一定的比例混合制备成水凝胶，在4℃的条件下能够让鱼保鲜12h以上，并且保鲜的鱼色泽完好。因此绿色的高吸水树脂在食品安全方面具有良好的应用前景[3]。

4 结束语

可再生天然原料绿色高吸水树脂在我国的研究还处于初始阶段，在未来的研究和发展中需要借鉴国外的先进技术，充分挖掘高吸水树脂的性能，提高利用效率和可再生性能，进而实现我国各个行业的可持续发展。

[1]刘国杰.用天然和可再生原料改性醇酸树脂研究进展[J].中国涂料，2014，29，（10）：27-33.

Research and development of renewable natural materials green Superabsorbent

Wu Hai-xia，Tu liguri，Ma Xiao-li

renewable natural raw green superabsorbent has important significance and value to build environment-friendly society. This paper classification green super absorbent resin，synthetic methods，preparation and related applications，explore renewable natural raw green superabsorbent future trends.

renewable natural raw materials；green；superabsorbent；applications；development

TQ324.8

A

1003–6490（2016）04–0155–02

2016–04–01

1.内蒙古化工职业学院自然科学重点项目“基于绿色化学策略的马铃薯淀粉类高吸水树脂的合成及吸附重金属离子的研究”（项目编号：HYZR1502）；2.内蒙古自治区高等学校科研项目“高职院校《科技文化基础》课程的建设研究”（（项目编号：NJ10277）。

吴海霞（1978—），女，山西朔州人，硕士，讲师，主要从事有机合成研究。