高吸水树脂的发展及应用

唐晓璐

(大连航运职业技术学院，辽宁 大连 116000)

高吸水树脂的发展及应用

唐晓璐*

(大连航运职业技术学院，辽宁 大连 116000)

高吸水树脂是一种功能性高分子化合物，本文针对高吸水树脂的研究进展，对高吸水树脂的发展历史及其在如环境、农林、建筑及个人护理等领域的应用进行了概述，并对高吸水树脂目前存在的问题及未来的研究方向及发展进行了探讨。

高吸水树脂；发展；应用

高吸水树脂(sap)是人工合成的一系列具有较强亲水能力的高分子材料，以一定的交联度，形成了三维的网状结构。由于其分子链上带有许多基团，如羟基、羧基、氨基等，这些基团具有良好的亲水性，能够在水解时电离，从而使得高吸水树脂依靠渗透压而溶胀吸水。它通常可吸水溶胀从而保持自身重量几百至数千倍的水分，并且吸水速度较快，且能吸收和保持自身质量几百倍甚至几千倍的水, 在加压和加热条件下也不容易脱水, 具有吸水和保水能力其还具有缓释、吸附、吸湿放湿作用, 具有较广的应用领域[1-2]。

1 高吸水树脂的发展

1.1 国外高吸水树脂的发展历史

高吸水树脂首次进入人们的视野是在1961年，当时美国科研人员Fanta等[3]利用淀粉与丙烯腈作为原料接枝聚合制备得到产物。此后日本的三洋公司开发出淀粉-丙烯酸、淀粉-磺酸接枝共聚物等高吸水树脂，而日本在高吸水树脂研究方面取得了突飞猛进的发展。

20世纪70年代，Hereules等公司对丙烯腈与纤维素制备高吸水树脂的工艺进行了大量的探索，并经加工得到了不同形态的产品。由于考虑到残留的丙烯腈单体有毒性，日本三洋化成公司进而开展了丙烯酸与淀粉接枝的研究，并取得了成功。另外，丙烯酰胺、丙烯醋酸类等不同单体与纤维素共聚合的高吸水树脂也得到了实验研究。

20世纪80年代，高吸水树脂的研究热点转变为以天然产物衍生物作为原料制备高吸水树脂，比如壳聚糖、纤维素、海藻酸盐等。日本的研究人员在90年代将氨基酸作为原料制备得到可生物降解的高吸水树脂产品。随后日本其他公司以天冬氨酸制备高吸水树脂，得到的产品耐盐能力比市场上的产品要高。由于高吸水树脂的实际应用要求高吸水树脂具有吸水率高、吸水快、耐盐性强、机械性能好等优点，所以复合高吸水树脂的研究越来越受到关注。1980年，H.Asaka等利用含有SO3H基团的单体作为原料与淀粉等天然产物及衍生物聚合，制备出具有耐盐能力的高吸水树脂[4]。目前国外高吸水树脂研制发展十分迅速，高吸水树脂产品的多元化及各种性能都在不断提高。

1.2 国内高吸水树脂的发展历史

与国外相比，我国高吸水树脂的研发起步较为落后，最早研制成功的是吉林石化设计院和河南化学所。目前国内对高吸水树脂已经开展大量研究，如中科院化学所、长春应化所及兰州大学等几十个单位，但是基本都处于实验室研究阶段。兰州大学的柳明珠团队系统的研究了耐盐性高吸水树脂的合成及优化。乌兰、张旭分别以玉米淀粉和瓜尔胶为原料，对其与丙烯酸进行接枝聚合进行研究，制备了性能优良的高吸水树脂[5-6]。此外，北京林业大学、西北农林大学等林业院校对高吸水树脂应用于农林方面及其与肥料的相互作用机理进行了研究探讨[7-8]。

1998年我国高吸水树脂工业化生产由河北科瀚树脂公司首先开展，成功研制出“科瀚98”系列高效抗旱高吸水树脂，之后许多公司都对高吸水树脂进行了投产。随着高吸水树脂研究的进行，我国在性能提升、制备方法改良及领域扩宽等方面取得了显著的进步，但整体的研究水平仍处于落后，高吸水树脂的生产工艺与国外相比差距较大，加强加快高吸水树脂的研究较为迫切。

2 高吸水树脂的应用

2.1 高吸水树脂在农业领域的应用

目前，高吸水在农业领域应用较为广泛，如将高吸水树脂作为缓释材料，增加肥料利用率，郎德龙[9]利用聚乙烯醇，高吸水树脂，淀粉三种廉价材料作为包衣，研究尿素在包衣材料种的缓释效果，结果表明高吸水树脂作为尿素包衣，具有较好的缓释效果，能够提升尿素利用率。

长春工业大学秦磊[10]通过常温制备工艺，研究得到磺化腐殖酸-丙烯酸吸水树脂，研究了该树脂的最佳制备条件及其作为盐碱土改良剂的可能性。通过研究得出，磺化腐植酸-聚丙烯酸吸水树脂相较于传统高吸水树脂，不仅具有高耐盐性，而且还能有效地提高土壤的离子交换性能和吸附性能，改善盐碱土，使得作物能够较好生长。

陈宝玉[11]等研究了保水剂对土壤温度和水分动态变化的影响，研究表明随保水剂用量的增加, 混剂土的保温效果、抑制水分蒸发效果越好，土壤能够为植物提供充足的水分, 有利于植物的生长发育。朱红等[12]利用环境矿物材料与高吸水树脂复合得到新型吸水树脂, 其吸水后可以作为土壤湿润剂，使细沙土壤不会发生板结现象，为沙漠化治理打下基础。

2.2 高吸水树脂在环境领域的应用

高吸水树脂在环境治理中也有较广泛的应用。高吸水树脂表面具有丰富官能团，能够对环境中，尤其是水体中各种污染产生较好的吸附作用。如Babel S[13]等通过研究得知壳聚糖对Hg+、Cd2+、Mn2+、Zn2+等离子均有较好的吸附能力，利用壳聚糖复合高吸水性树脂可以作为水体中重金属离子的良好吸附剂。

余响林等[14]研究了丙烯酸高吸水树脂对3种阳离子染料：孔雀石绿、亚甲基蓝和中性红的吸附性能。研究结果表明，含羧基和磺酸基较多的树脂对三种染料吸附较好，吸附率均超过90%，且吸附平衡时间较短。George Z. Kyzas 等[15]研究了壳聚糖高吸水树脂对染料分子的吸附及解吸动力学,结果表明该类树脂对碱性染料有比较弱的螯合作用力，静电作用力在对活性染料吸附中占有较大比重。

此外高吸水树脂在路面扬尘的抑制中也能取得一定的治理效果。传统的方法是通过洒水,抑制尘土，但是需要频繁洒水才能起到一定效果,人工成本与时间成本较大。而通过水中添加助剂如CaCl2、NaCl等能够起到防止水分蒸发的作用, 但会较快的腐蚀设备。高吸水性树脂具有良好的耐蒸发性和吸湿放湿性, 通过喷洒高吸水树脂，利用高吸水树脂的保水保湿性能及其表明的粘性，能够有效防止飞尘[16]。李翔[17]等人通过淀粉接枝共聚丙烯酸- 丙烯酰胺制得吸水树脂, 从多方面研究评价该树脂在煤尘抑制中的应用性能, 表明该树脂对煤尘具有长效的抑制作用。

2.3 高吸水树脂在建筑领域的应用

混凝土是全世界最通用的建筑材料，然而混凝土由于水泥与水的水化以及在水化过程中混凝土基体的自干燥会发生较大变形，混凝土结构的自收缩变形被限制，内部就会产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝。因此，混凝土需要进行养护，而目前混凝土的养护方法分为外部养护和内部养护两种。绝大多数混凝土结构工程的养护方法为外部养护法，但这些养护方法成本较大，又因高性能混凝土结构密实，外部养护用水很难进入混凝土内部，养护效果也不佳。因此为了从根本上解决混凝土早期自收缩和开裂的问题，许多学者倾向于使用一些吸水材料作为内养护剂从混凝土内部提供水源进行内养护。内养护剂可以通过搅拌而充分均匀地掺入到混凝土中，从而在混凝土内部形成微型“蓄水库”，然后在毛细孔负压以及湿度梯度作用下释放水分使水泥浆得到"内部潮湿养护"来抑制其自收缩。高吸水树脂直接掺入混凝土中，前期吸收储存一部分水分，于后期缓慢释放，进而促进水化，用于内部自养护，使结构更加致密，减小其自收缩，且加入混凝土后对强度影响不大，可以作为一种理想的内养护材料[18]。

此外，将高吸水性树脂与橡胶等材料进行改性加工，可得到隔水、止水复合材料。通过在隧道工程中的弓形钢筋混凝土片块在拼合间隙之间使用该类材料, 能够有效防止地下水的入侵。也可以将其作为构造物热膨胀、收缩以及工程设计收缩误差等所导致的裂缝的隔水及止水材料[19]。

高吸水树脂还可以作为沥青温拌剂，如袁晓斌[20]以吸水树脂作为温拌剂,研究了 AC-13和AC-20沥青混合料配合比设计,探讨了该类型温拌沥青混合料拌和工艺。结果表明，高吸水树脂作为温拌剂优于热拌剂，高吸水树脂可以推广为一种价格低廉，效果优良的温拌剂。

2.4 高吸水树脂在个人护理领域的应用

苏州大学杨占山、魏召阳等[21]聚丙烯酸钠及聚乙烯醇为原料，采用电子束辐射引发聚合，制备得到高吸水树脂。利用该树脂高抗张强度得特点，将其制成水凝胶膜伤口敷料，适用于面积较大或者活动度较大的皮肤伤口。岳凌等[22]应用冷冻-解冻法制备出一种水凝胶药物缓释膜，以硫酸大庆霉素作为研究对象，研究其缓释机理，结果表明该水凝胶具有良好的理化性能及缓释作用，其缓释机理属于骨架型扩散释放机制。展望

高吸水树脂虽然有着许多优势，但其也有不足之处，如成本过高，对盐份较为敏感，凝胶强度过低，在环境中难以降解等，此外许多高吸水树脂中的单体残留也具有毒性。因此高吸水树脂在许多方面仍需提升，未来的研究主要可以集中在以下几个方面：首先可以提高高吸水树脂的凝胶强度；其次可以从环境友好型高吸水树脂入手，研发易降解产品，可以更好的为农业服务；最后应该从高吸水树脂生产工艺入手，降低生产成本，这样才能更好开阔高吸水树脂的市场前景。

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(本文文献格式：唐晓璐.高吸水树脂的发展及应用[J].山东化工，2017，46(14)：55-56，58.)

Review of the Development and Application of Super Absorbent Polymers

TangXiaolu

(Dalian Shipping Vocational and Technical College, Dalian 116000,China)

Super Absorbent Polymers is a kind of artificial high-molecular polymer, in this paper we reviewed the history of the development of Super Absorbent Polymers and the application in various fields like environment protect, agriculture and forestry, architecture, personal care and so on. Also the problem in the research so far and the prospect of the future study were discussed here.

super absorbent polymer; development; application

2017-05-16

唐晓璐(1981—)，女，山东莱州人，硕士，主要从事化工研究。

TQ324.8

A

1008-021X(2017)14-0055-02