吸水树脂改性方法与应用展望

李蓉琛，路香港，姜香凝，廖越燕，刘 伟，王向鹏

(中国石油大学胜利学院 应用化学系，山东 东营 257061)

高吸水树脂是可聚合的细小分子多功能性单体经过聚合反应并与得当的交联剂反应生成的一种具有空间性多孔的网状构造，其是在吸收水之后能发生大体积的膨胀并在水中不溶解的一种具有特定功能的功能性高分子材料。正是因为其具有杰出的吸水与保水性能，已在化学工业行业、食品行业、农业、石油开采产业等广大范畴中显现出宽阔的利用发展远景并且引起了众多专家及学者的注意。我国是从80年代后期才开始对吸水材料进行研究开发的，虽取得了一些成绩，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力。随着其逐年增加的世界需求量，各种制备吸水树脂的方法在经过研究人员的次次实验中进入了广大人民的眼帘[1]。

1 吸水树脂改性方法

1.1 有关改性淀粉类高吸水性树脂的制备方式

淀粉来源广泛，其具有低廉的价格，宽泛的种类并在自然界可以被微生物分解等等一系列优势，关于其与亲水性的乙烯基单体的接枝共聚反应的研究越来越多，这类研究也越来越受到研究人员及学者的关注[2]。例如，选用铈盐作为引发剂，MBA作为交联剂进行反应[3]，当淀粉的分子链上含有的羟基与引发剂进行自由基反应后会产生接枝活性点,进而丙烯酸单体在此点上由具有活性的自由基引发形成活跃的丙烯酸自由基单体[4]，进行一系列反应,进而通过交联反应获得产品。此类方法为最常用的方式方法。

1.2 有关改性纤维素类高吸水树脂的制备方法

纤维素接枝性与淀粉性高吸水性树脂的反应机理相似。以Haowenjuan[5]等人为代表的研究者选择以漂白的浆板纤维素作为反应底物，合成的改性吸水材料吸水性能可达550g/g，且保持水分的机能好，吸收水的倍率高。随着重复吸水实验的进行，在水量不断增加的情况下其吸水性能仍然保持良好。以YoshimuraT[6]为代表的一系列研究人员则制备生产出了一种以丁酸酐和棉纤维物质为原料的改性的纤维素高吸水性树脂，生产出的产物吸水可达400g/g。后又进行了一系列降解机能实验，经降解机能实验发现其表现出较好的降解机能。H. T LokhandelB[7]等研究人员便主要用含淀粉的和纤维素的以纱线作经、纬按各种织物结构形成的废料为底物，选用KMnO4- HNO3在引发后进行氧化，并用丙烯腈作为单体，将其溶于适当溶剂中进行聚合反应制备出一种接枝型高吸水性树脂。上述几种实验方法都从不同的纤维素基料出发，设计并探究了吸水倍率较高的高吸水性树脂，并运用了两种不同的方法制备出了性能较为优良的高吸水性树脂，为后边的研究打下了良好的基础，推动了研究的进一步发展。

1.3 有关改性的甲壳素/壳聚糖型高吸水性树脂的制备方法

甲壳素资源丰富，是一种便于取得的天然的高分子原料。将较高浓度的碱溶液与甲壳素加热反应一段时候，便可产生壳聚糖。将甲壳素/壳聚糖进行接枝使其改性的反应生产目的产物的原理与将淀粉进行改性实验生产产物的类似，也是由引发剂发生反应产生的活性自由基产生出接枝活性点,具有活性的自由基引发乙烯亲水单体使之成为活性自由基单体，然后在此点上发生反应,最后通过交联反应制备产物。此种实验方法较为大众。程建华[8]等研究人员用溶液聚合法制备出了一种三元共聚物高分子絮凝剂(CAS)。CAS在污水絮凝过程中得到了应用,对处理污水方面起到了良好的作用，其可使得单纯壳聚糖在水处理这一方面的一些缺陷及不足得到改善,有利于污水处理的研究。CAS污水净化能力相对于壳聚糖絮凝剂的能力有了一定范围的提高及优化。此研究使污水处理方面絮凝剂的一些缺陷得到了进一步的改善，为进一步的研究夯实了基础，有利于各方研究人员在此基础上进一步研究改良，进而促进污水处理行业的发展，并使污水得到高效的治理。以ToshioYoshimura[9]为代表的研究人员将甲壳素和丁二酸酐混合,在4-二甲氨基吡啶这种酯化催化剂的作用下,在不加入交联剂的情况下制备的产物的吸水率为300g/g。而郑根稳[10]等研究人员则使丙烯酸和壳聚糖接枝共聚,用蒙脱土接枝聚合进行适度交联,其产品单位质量或体积能够吸收的水分与其自身的体积或质量比可高达425g/g，由此可见其性能的优良。以陈煜[11]为代表的一系列研究人员则利用壳聚糖为底物，加入适量过硫酸铵作为引发剂，制备的改性吸水树脂的吸水倍率高达1180g/g。

1.4 有关改性蛋白质系高吸水性树脂的制备方法

蛋白质是一种生物大分子。其主要由氨基酸组成，其链中均含有羟基、氨基等基团，这些基团都具有较强的吸水性。形成蛋白质的材料来源十分广泛，简便易得，成本便宜，并且十分易于生产和进行一系列的改性，是一种制备高吸水树脂的经济理想型材料。蛋白质系高吸水性树脂大多数具有很强的保水能力。其主要方法是接枝共聚法。董奋强[12]等研究人员采用将其溶于适当溶剂中进行聚合反应的方法，将丙烯酸铵与明胶分子链相接枝制备出一种可以生物降解的明胶分子链目的产物，它可吸水1187g/g，该产品在农业、林业等领域的应用在经过一系列的生物降解性和土壤肥效性等试验中得到了证实与应用。

1.5 有关黄原胶改性制备高吸水性材料

运用黄原胶改性合成的高吸水树脂具有优良的吸水能力与吸水效果，且其合成的一系列工艺简单易行、价格相对便宜，但其合成的高吸水树脂耐盐性、耐热性和耐气候性较差，会对环境造成一定的污染。因此，近几年来研究的热点便放在如何提高高吸水性树脂耐盐、耐温性能和生物降解性能等问题上[13]。上述四种天然高分子材料通过接枝改性的方法来制备SAR，其产物具有良好的吸水性和耐盐性。天然聚合物高吸水树脂的接枝改性产生的产物具有特殊的分子结构,这种分子结构使产品吸水耐盐性能大大提高,并且可将吸水树脂的降解性能显著提高，会进一步降低因为破坏土壤而造成的环境污染。各种研究表明:黄原胶对像钾、钠等盐具有良好的耐受性,因此用其作为接枝改性的基体制备的高吸水树脂能够全面优化产生的问题,产品因而具有优良的耐盐性。

2 改性吸水树脂的应用

2.1 生理卫生领域

目前关于改性吸水树脂的应用研究占用市场最大的一个方面是卫生行业，大约占三分之二，改性吸水树脂可以使纸尿布、毛巾、卫生巾等一次性的用品广泛应用于目前的日常生活中。在医学方面，特别是生理卫生的物品中，也有很大的应用，改性吸水树脂的凝胶可以应用于吸收分泌物量较多的医用绷带和棉球[14]。它还可应用于化妆品等的增稠。

2.2 农业沙漠治理

改性吸水性树脂，最初就是应用于农业方面的[15]，改性吸水树脂可以应用于农林业，园林等无土栽培，沙漠绿化，提高种子的发芽率，将土壤进行改良，使化肥进行缓释等方面。该型吸水树脂能够大大降低土壤中的水分的蒸发，有助于除去表层泥土，形成覆盖植被岩石的斜面，使风雨侵蚀造成的水土流失得到更好的控制[16]。另外改性吸水树脂还可作为一种缓释载体材料，应用于农作物所需其他成分的运输，可以与化肥配合使用，能够增加化肥的某种元素的含量，从而减少肥料的用量，使化肥利用更加合理，使肥效得到更充分的发挥。

2.3 电子工业中的应用

改性高吸水性树脂，经常与橡胶和无防布，塑料等混合制成密封的材料，可以直接将电缆进行包覆，进而有效的防止和延缓水等对电缆的伤害。目前在电力电缆，通讯电缆，输油，输气和化学堵漏材料等密封的路线方面应用较为广泛[17-18]。在国外，改性吸水树脂已经成功的应用于海底隧道的建设，用于建筑基础中，其能够吸收周围土壤的水，从而使建筑更加的耐久，硬度更强，使用它可以使水泥制品具有更好的强度，因此产品在早期不会出现干缩严重和难以养护等方面的问题[19]。未来改性吸水树脂在电子工业中的应用会更加广泛尤其是在光纤电缆方面有广阔的市场。

2.4 产品包装

改性吸水树脂因为其能够较好的隔离微生物作用产生的气味，从而用于食品方面。目前广泛应用于食品包装中，如在猪肉和禽肉的包装中加入改性吸水树脂，将微生物产生的气味更好的进行隔离，使水分更加难以进入包装中，从而起到更好的包装作用。另外改性吸水树脂也可用于易碎物品，危险品的包装[20]。

2.5 石油工业上的应用

改性吸水树脂可应用于原油，或者是加工的油中脱水的保护与选择性封堵作用。它可以与橡胶混合，从而形成更加密封的材料，使在与水接触的时候，可以得到膨胀度更高，机械强度更加良好的材料，而且具有耐酸耐碱的优良性能[21]。由于改性吸水树脂只具备吸水的能力，而不具备吸油能力，从而在开采的时候，其更容易从油中脱离被提取出来。把改性吸水树脂与无机物和有机物进行混合，来制成一种复合材料，对注水井和采油井进行处理。而且改性吸水树脂也可以在石油工业中作为凝胶剂和废钻井液的固化剂。

3 改性吸水树脂未来应用领域展望

改性吸水性树脂，在短短的几十年里，从农业方面，卫生用品材料，医药方面，防水堵漏方面，农业治理方面，还有工业废水处理方面，提供了很大的帮助[22-23]。在未来，它的前景是非常广阔的，其中改性吸水树脂应用于婴幼儿中的纸尿裤，卫生巾等约占95%，在其他方面，比如可以用于室内滑冰场中的人造雪，在化妆品中可以提高化妆品的润湿性，还可以用作涂料，洗涤剂的增稠，改性吸水树脂还广泛应用于除臭剂，缓释剂等方面，它的应用对于畜肉禽肉和海鲜等各种食品的包装中也起了很大的作用。改性吸水性树脂的出现，为防火与灭火提供了更广泛的支持，也进一步推动了工农业的发展。改性吸水树脂的出现，使人们在荒漠治理中，能够一定程度上防止沙尘暴中的形成[24]。

[1]Li Pinfeng,Meng Yingzhou. The preparation of high polymer absorbent resin[J]. Advanced Materials Research,2014,3470(1030):228-231.

[2]韦爱芬,朱其虎.淀粉基高吸水性树脂的制备及性能研究[J].轻工科技,2017,33(5):39-41.

[3]黄晓柳,张新立,施德安.耐盐型聚丙烯酸钠高吸水树脂的合成研究[J].胶体与聚合物,2013,31(2):70-72.

[4]张 斌,周永元.淀粉接枝共聚反应中引发剂的研究状况与进展[J].高分子材料科学与工程,2007(2):36-40.

[5]吴文娟,倪志刚,耿晶晶. 纤维素接枝改性制备高吸水性树脂的研究[J]. 中国造纸,2006(12):7-10.

[6]李 娟,沈士军,刘晓燕,等.吸水树脂改性研究进展[J].合成树脂及塑料,2011,28(3):78-82.

[7]周智敏,颜学敏,赵庆美. 羧甲基纤维素接枝AM和DMC制备高吸水性树脂研究[J]. 化学与生物工程,2009,26(5):60-62.

[8]程建华,胡勇有,谢 磊.壳聚糖接枝共聚高分子絮凝剂CAS的合成[J].工业水处理,2008(9):30-33.

[9]王开明,黄惠莉,王忠敏.壳聚糖接枝聚丙烯酸高吸水树脂的制备及抑菌性能[J].工程塑料应用,2011,39(11):52-56.

[10]郑根稳,文 胜,汪连生,等.聚丙烯酸/羧甲基壳聚糖/蒙脱土高吸水性树脂的合成[J].化工新型材料,2009,37(1):77-78,93.

[11]陈 煜,陆 铭,王海涛,等.壳聚糖接枝聚丙烯酸高吸水性树脂的合成工艺[J].高分子材料科学与工程,2005(5):266-269.

[12]胡军楚,潘湛昌,董奋强,等.明胶接枝共聚制备高吸水性树脂的研究[J].化工新型材料,2007(5):68-69，79.

[13]李仲谨,李铭杰,诸晓锋,等.黄原胶接枝改性制备高吸水性树脂的研究[J].精细化工,2010,27(1):16-20,25.

[14]邢传波,赵士贵.丙烯酸型高吸水性树脂的制备及研究进展[J].合成技术及应用,2007(4):45-48.

[15]徐 磊,唐玉邦,虞利俊,等.高吸水树脂的性能及农业应用展望[J].江苏农业科学,2014,42(4):16-17.

[16]余晓皎,姚秉华,王 军,等.玉米淀粉与丙烯酸接枝共聚合成高吸水树脂[J].化学研究与应用,2005(6):837-839.

[17] Shu Jing,Li Xiaojing,Zhao Dabiao. Microwave-irradiated preparation of super absorbent resin by graft copolymerization of cellulose and acrylic acid/acrylamide[J]. Advanced Materials Research,2011,1031(148):799-802.

[18] Zhao Jin,Deng Pingye,Chen Shuncong. Structural characteristics of the fly ash wrapped by the super absorbent resin among the plant fiber and the application research on the complex[J]. Materials Science Forum,2011,1264(685):272-277.

[19] Zhang Dan,Song Xuefeng,He Tingshu. Durability of cement mortar with surface treated by superabsorbent resin synthesized in situ[J]. Applied Mechanics and Materials,2012,1975(204):4002-4006.

[20]伍亚华,石亚中.微波合成甘薯淀粉基高吸水树脂[J].应用化工，2009,38(7):958-961.

[21]郑延成,周爱莲.高吸水性树脂及其在石油工业的应用[J].钻采工艺,2001(1):82-85.

[22]卢潮陵.高吸水树脂的研究现状及其应用前景[J].能源与环境,2011(2):7-9.

[23]程冬炳,余响林,余训民.高吸水树脂在环境治理中的应用[J].武汉工程大学学报,2011,33(9):20-25.

[24]李绵瑱,李传俊,蒋玉仁.超吸水树脂的发展难点及解决与发展趋势[J].广州化工,2013,41(13):45-46,85.

(本文文献格式：李蓉琛，路香港，姜香凝，等.吸水树脂改性方法与应用展望[J].山东化工,2018,47(7):48-49,53.)