天然纤维素基高吸水性树脂研究进展

潘滋涵

(承德石油高等专科学校 化学工程系，河北 承德 067000)

高吸水性树脂突出的吸水、保水能力，使其在农林、卫生、医疗等领域应用广泛。目前市场占有率最高的为合成系高吸水性树脂，虽然其吸水能力优异，但是在耐盐性、凝胶强度和可降解性方面的仍需进一步提升。纤维素广泛存在于自然界，是丰富的可再生资源，采用天然纤维素作为原料，在高吸水性树脂的合成过程中使亲水基团与纤维素发生共聚反应，即可解决上述问题，制得具备一定耐盐性和凝胶强度且可降解的高吸水性树脂[1]。

1 根茎枝叶类高吸水性树脂

植物的根茎、枝叶中含有丰富的纤维素资源，尤其是农作物的秸秆，生长周期短，价格低廉易获得，利用这些植物根茎、枝叶中的天然纤维素制备高吸水性树脂，不仅有利于高吸水性树脂产业的发展，也对植物资源的合理利用有很大帮助。Liu等[2]对麦秸进行化学改性后与单体丙烯酸于水溶液中进行反应制得高吸水性树脂，通过TGA分析，证明该聚合物具有良好的热稳定性，其在蒸馏水中的吸水倍率可达417.02 g/g，在0.9 %中吸水倍率为45.02 g/g。Cheng等[3]对玉米秸秆进行脱木质素及磺化处理后，与丙烯酸进行接枝共聚，制得了高吸水性树脂，并研究了引发剂、交联剂、单体中和度、温度对树脂凝胶溶胀率的影响。艾买提江·萨伍提等[4]采用紫外光聚合法，以马来酸化棉杆纤维素和腐植酸、丙烯酸为原料，制备了可生物降解高吸水性树脂，其吸水倍率可达870 g/g，吸生理盐水倍率达94 g/g。张学文[5]采用沙棘枝糠粉为原料制备了高吸水性树脂，并将其应用于废水处理和尿素缓释领域。研究表明，该种树脂对亚甲基蓝有良好的吸附效果，并能负载尿素实现缓释。贺龙强等[6]采用杨树叶作为原料，预处理后和单体丙烯酸、丙烯酰胺反应制备高吸水性树脂，制得树脂对蒸馏水和0.9% NaCl溶液的吸水率分别可达486.3 g/g和160.2 g/g，具有优良的耐盐性。

2 果实外皮类高吸水性树脂

植物的果实外皮中含有丰富分纤维素，能够进行高吸水性树脂的制备，但是此类高吸水性树脂原料来源不如植物根茎枝叶广泛，且原料的处理加工难度更大。梁猛等[7]采用改性稻壳纤维素作为原料合成了高吸水性树脂，其对吸去离子水和0.9%NaCl的吸液率分别为154.5 g/g和34.6 g/g。王宇[8]以废弃咖啡壳为原料，制备高吸水性树脂，该树脂的最大吸蒸馏水倍率为436.2 g/g，吸生理盐水倍率为198.1 g/g，具有较好的吸水率和优良的耐盐性。Diao等[9]采用从花生壳中提取的纤维素为原料，与单体丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙磺酸反应制得高吸水性树脂。研究表明，该种树脂对重金属离子有很好的吸附能力。孙慧慧等[10]采用反相悬浮聚合法，以天然柚子皮作为接枝骨架，丙烯酸作为亲水性单体，制备了柚皮粉基高吸水性树脂，并探讨了主要合成条件对树脂性能的影响。该树脂的最大吸蒸馏水和生理盐水倍率分别为362.29 g/g和42.49 g/g。

除了果实的外皮，某些植物的果瓤和花朵中也富含纤维素，可以用于高吸水性树脂的合成。余云祥等[11]将丝瓜络纤维羧甲基化后与丙烯酸接枝共聚制备高吸水性树脂，具有优异的吸水性和一定的耐盐性，其吸蒸馏水倍率可达1500 g/g，吸生理盐水倍率为115 g/g。曾钰等[12]采用入侵物种加拿大一枝黄花作为原料制备高吸水性树脂，其吸水倍率为556.8 g/g，为该种植物的利用和处置找到了新途径。

3 其他天然纤维素类高吸水性树脂

一些水生植物和某些植物加工生产过程中的废料也可以当作高吸水性树脂生产合成的原料。王淑梅等[13]以水生植物水花生为原料，采用自由基聚合法，与单体丙烯酸接枝共聚，制得高吸水性树脂，其吸水倍率最高为442 g/g。王云普等[14]采用废弃材料天然野山杏肉作为原料，利用微波辐射反应方法，使其与单体丙烯酸、丙烯酰胺共聚，制得了高吸水性树脂，其吸水和吸盐水倍率分别为802 g/g和75 g/g，实现了废弃物的有效利用。高桂林[15]采用桉木漂白硫酸盐浆纤维素为原料制备得到了吸水倍率为1126 g/g、吸盐水倍率为145 g/g的高吸水树脂，提升了桉木纸浆的经济附加值，并拓展了桉木纸浆的应用领域。

4 天然纤维素/无机粘土复合高吸水性树脂

有着较强吸附能力和较高化学活性的无机粘土也可以作为高吸水性树脂的合成原料之一。王瑞[16]在高吸水性树脂合成过程中分别添加钠基膨润土和改性膨润土，以期提升其耐盐性和凝胶强度。实验结果表明，膨润土的加入，对吸水倍率的提升并不明显，其作用主要体现在增强了树脂的重复吸水率、保水能力、耐盐性和凝胶强度。胡鹏等[17]采用树叶纤维素和膨润土作为原料制备高吸水性树脂，并研究了其对土壤吸水率改善和作物生长的提升作用。

5 结语

以天然纤维素作为原料合成高吸水性树脂，虽然在吸水率上与合成系高吸水性树脂存在较大差距，但是其综合性能上的优势也十分突出，可以广泛应用于对于吸水率要求不严苛，但是对耐盐性、凝胶强度、降解性能要求较高的农林领域，是未来高吸水性树脂的一条重要的绿色可持续发展道路。未来，对于天然纤维素系高吸水性树脂的研究，应该侧重于对于原料的筛选、对于合成工艺的优化以及对于综合性能的提升，以寻找出来源广泛、价格低廉，适用于树脂合成的天然纤维素来源，探索流程简单、稳定、易操作，原料处理和反应过程环境友好、低污染，生产出综合性能优良，适用范围广的高吸水性树脂产品。