高吸水树脂及其耐盐性研究

黄亚琼，彭少贤，王智斌

湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北 430068

高吸水性树脂又称为超强吸水剂，是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。与传统的吸水材料（如纸、棉、海绵等）相比，高吸水性树脂具有吸水容量大、吸水速度快、保水能力强等优越性能，广泛应用于农业、园林、建筑、涂料、石油化工医、疗卫生及环境保护等领域。

1 高吸水树脂的吸水机理

高吸水性树脂由于是一个交联的三维网络结构，所以其吸水过程是高聚物的溶胀过程，一个比较复杂的过程。目前，较为通用的离子网络理论认为，高吸水树脂在水中，水分子氢键与高吸水树脂的亲水基团作用，离子型的亲水基团遇水开始离解，阴离子固定于高分子链上，阳离子为可移动离子，随着亲水基团的进一步离解，阴离子数目增多，离子间的静电斥力增大使树脂网络扩张，同时为了维护电中性，阳离子不能向外部溶剂扩散，导致可移动阳离子在树脂网络内的浓度增大，网络内外的渗透压随之增加，水分子进一步渗入。随着吸水量的增大网络内外的离子浓度差逐渐减少，渗透压差趋于零，同时随着网络扩张其弹性收缩力也在增加，逐渐抵消阴离子的静电斥力，最终达到吸水平衡。

2 盐对高吸水树脂吸水倍率的影响

高吸水树脂吸水倍率受盐的影响很大，如吸收纯水可达400倍～600倍的聚丙烯酸盐系吸水树脂，吸自来水为250倍～350倍，生理盐水40倍～60倍，人工海水7倍～l0倍。盐浓度越高其吸水倍率越低。耐盐性可分为两个方面，即对钠盐，钾盐等碱金属盐的耐盐性（称作耐碱金属盐性）和对钙盐、镁盐，铝盐等多价金属盐的耐盐性（称为耐多价金属盐性）。一般的耐盐性多指前者。两者给吸水性树脂造成的影响不同，而多价金属盐对吸水性树脂的破坏性较大。

3 高吸水树脂耐盐性改进方法

由吸水原理可知，影响树脂吸水能力的因素很多，主要有交联密度、结构组成、溶液性质、表面形态、制备方法等。改善吸水树脂耐盐性能的主要方法有以下几种。

3.1 高吸水树脂多种多样的亲水性基团

使树脂不但具有梭酸基、磺酸基、磷酸基、叔胺基、季胺基等阴离子和阳离子基团，而且还有经基、酞胺基等非离子基团。由于非离子基团的引入，树脂吸水迅速，在短时间内，树脂高分子网络电离成离子对，离子间电荷的相对作用使高分子网束张开产生较大渗透压，增强树脂的耐盐性和吸水速率。

3.2 高吸水树脂与无机水凝胶复合

无机水凝胶的耐盐性一般较好，与高吸水性树脂结合在一起，就可以得到稳定的耐盐性吸水树脂。常用的无机水凝胶有铝凝胶、铁凝胶、钛凝胶、硅凝胶、铬凝胶、膨润土和高岭土等。这种方法主要应用于对产品需求量大，且要求不太严格的油田开采用堵水剂以及农林业用保水剂等方面[1]。

3.3 高吸水性树脂与离子交换树脂的混合

利用离子交换树脂离子交换的性能，降低水溶液中的离子浓度，从而提高高吸水性树脂对盐溶液的吸收能力。比如在片状制品的加工过程中，用阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及高吸水性树脂做成多层的夹层片，这样可大大提高在盐水中的吸收能力。

3.4 合成两性高吸水树脂

这里所指的两性聚合物是指具有反聚电解质溶液行为的聚电解质，包括电中性两性聚合物和分子链上同时含有正、负电荷基团但其数目不等的两性聚合物。与一般聚电解质不同，这类聚合物在盐溶液中的粘度在一定条件下不会随外加盐浓度的增加而减小，而是随外加盐浓度的增加而上升，呈现出十分明显的反聚电解质溶液行为，这是耐盐性吸水树脂研发的一个新动向。

3.5 交联剂的选择

交联剂的使用对树脂的吸水倍率和耐盐性能有很大的影响。交联剂用量的大小，决定了树脂的空间网络的大小：交联剂链的长短与树脂对水分子的束缚能力以及树脂吸水后的凝胶强度密切相关；交联剂链上的官能团的亲疏水性与数量对树脂的吸水性能也有影响[2]。

4 高吸水树脂的发展趋势

高吸水树脂现在已经运用到很多方面，繁高吸水树脂目前尚存在许多不足之处，如高吸水树脂虽然种类繁多，但普遍应用的品种还比较少；成本较高；许多产品性能不高，特别是耐盐性、吸水速率、强度还较低，给应用带来了困难；资源开发欠广泛;合成与加工方法尚待更新开发；价格较高；用途的开发也显得很不广泛；理论及应用研究均不能与需要同步。根据目前的状况，对今后超强吸水性材料的发展提出以下几种方向：一是降低成本，价格问题是阻碍吸水性树脂广泛应用的主要因素之一，为了在农业等方等得到广泛的应用必须降低成本，这可从生产原料、工艺和设备等方面入手；二是提高性能，性能也是阻碍吸水性树脂广泛应用的主要因素，我们应该在保证具有优良吸水性能和保水性能的基础上，提高高吸水性树脂的吸水速度、耐盐性能、产品的凝胶强度和热稳定性以及可生物降解性。这可以从纤维素、淀粉以及氨基酸等方面着手进行这方面的研究。另外将高吸水性树脂与无机物、有机物或高分子复合，可制备出成本低廉，性能优异的高吸水性材料，而这种材料往往兼有各种性能；三是拓宽用途，高吸水性树脂的应用不应该只限于作为卫生用品材料等，它也可以应用于固定酶，还可用于色谱和传感器，因此根据它所具有的特殊作用来探索其新用途，并应用于高科技领域将会迎来又一个销售高峰；四是加强理论研究，现在的文献报道多集中在产品的合成以及应用领域，而内部结构、吸水机理、以及定性的通过分子模拟和量化分析报道的很少，使得理论研究远落后于研发应用。如果没有厚实的理论基础，吸水树脂的研制开发就会受到束缚，因此加强理论研究是十分迫切和必要的。

[1]王丹，商士斌，宋湛谦.高吸水树脂耐盐性的改进方法[J].东北林业大学学报，2006，34(2)：95-97.

[2]蒋笃孝，宋岭瑛.聚7,-醇双马来酸酯作交联剂制各高吸水性树脂的研究[J].化学与粘合，1999(3)：l15-117.