聚丙烯酸类高吸水树脂合成改性研究的进展

刘捷

摘 要：文章主要介绍聚丙烯酸类吸水树脂在合成改性方面的研究进展，包括耐盐性、吸水速度、抗菌性、生物降解性几个方面。希望通过文章的分析，能够进行相关工作的发展。

关键词：丙烯酸；吸水树脂；改性

1 概述

聚丙烯酸类吸水树脂具有吸水量大、吸水速率快、价格便宜等优点，但是在实际使用过程中也存在着诸多缺点，如耐盐性差、吸水后的凝胶强度不足，为弥补上述不足，同时进一步扩大聚丙烯酸类吸水树脂的应用领域，聚丙烯酸类吸水树脂的合成改性仍然是当下的研究热点。

2 聚丙烯酸类吸水树脂合成改性研究进展

2.1 耐盐性

由于聚丙烯酸类吸水树脂中羧酸根阴离子基团对电解质十分敏感，其在吸收盐水时的吸收能力远低于吸收蒸馏水的能力，因此，耐盐改性一直是聚丙烯酸类吸水树脂的研究重点，可从以下几个方面考虑：引入非离子基团、与无机物复合、改变交联结构（例如引入多重交联结构、制备互穿网络结构等）、引入疏水长链单体等。王乐明等[1]以丙烯酸、丙烯酰胺、含有聚氧乙烯链段的大分子单体（甲氧基聚氧乙烯单甲基丙烯酸酯）为原料，十八烷基磷酸单酯为悬浮稳定剂，环己烷为分散介质，经反相悬浮聚合合成了超强吸水树脂，结果显示吸水量达到930mL/g、吸生理盐水94mL/g，耐盐性和吸水性均得到提高。而Ming Zhong等[2]则在不添加任何有机化学交联剂的前提下合成出聚丙烯酸钠超强吸水树脂，其网络结构是通过聚合物链内、聚合物链间的氢键以及乙烯基杂化二氧化硅纳米粒子提交共价交联位点来实现的，并且交联结构中还存在可逆的物料交联，结果显示吸水树脂的机械性能好、吸水量达到2300g/g、吸盐水量达到220g/g。

2.2 吸水速度

早期，研究者主要通过增大吸水树脂的比表面积（例如将吸水树脂制成纤维状、制备粒径更小的树脂球等）从而增大吸水树脂与水的接触面来提高吸水速度，而后慢慢发展为在吸水树脂表面交联亲水性基团，近来则是发现在制备吸水树脂的同时进行发泡可得到具有更为蓬松孔洞结构的三维网络，但该方法有一个缺陷，容易导致吸水树脂的强度下降，采用此方法改性时需平衡吸水速度和机械强度之间的关系。Hai-ming Chen等[3]就是以丙烯酸、丙烯酰胺作为原料，可聚合型的大分子表面活性剂作为多重交联剂，碳酸氢钠/丙酮作为发泡剂，Pluronic F127作为稳定剂合成出超高吸水聚合物，其中发泡剂对吸涨速度至关重要，结果显示超高吸水聚合物可在30秒内达到吸水平衡，并且吸盐水速度可达到18.4g/g。

2.3 抗菌性

为了进一步拓展聚丙烯酸类吸水树脂在抗菌要求较高的医疗卫生等领域的应用，研究者不断对聚丙烯酸类吸水树脂进行抗菌改性，主要是通过在树脂中引入具有抗菌作用的抗菌物质，包括引入有机抗菌基团和无机抗菌剂，例如季铵盐、纳米银等，引入的方式包括接枝共聚、原位聚合等。Guang-hua He等[4]以丙烯酸、丙烯酰胺和高取代度的季铵壳聚糖为原料、过硫酸钾作为引发剂和N，N'-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂制备了壳聚糖-g-聚（丙烯酸-共-丙烯酰胺）超吸收水凝胶，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较好的抗菌活性，并且该水凝胶还具有pH敏感性。

2.4 生物降解性

聚丙烯酸类吸水树脂的骨架结构为自然界中难以自行降解的C-C键，可通过引入容易降解的组分来提高其生物降解性，其中主要是通过引入可生物降解的天然物，例如淀粉、糖类、纤维素、海藻酸、木质素等。Otjhman A.Hamed等[5]通过部分中和的丙烯酸在交联剂烯丙基蔗糖和环氧烯丙基蔗糖的存在下的溶液聚合得出超吸收聚合物，与蔗糖基交联剂交联的超吸收聚合物在生物体绿脓杆菌和红色毛癣菌的影响下显示出降解行为。JF Mukerabigwi等[6]在无机材料硅藻土存在下，通过丙烯酸在木葡聚糖的多糖链上进行接枝共聚，制得了可生物降解的有机无机超吸收剂，结果显示对生理盐水和去离子水的吸收量分别为1057.06±69.53g/g、65.97±5.43g/g。

3 結束语

目前，聚丙烯酸类吸水树脂的改性局限于改性物、改性手段的研究，对相关的改性机理缺乏深入的研究，对吸水树脂的结构与性能之间的关系尚不明确，如果能在理论上对机理、结构与性能关系做出合理、深入的解释，那么未来就可根据所需要的性能，从分子水平上设计如何对聚丙烯酸类吸水树脂的结构进行改性。

参考文献

[1]王乐明，李小红，等.反相悬浮法合成耐盐性超强吸水剂[J].胶体与聚合物，2007，25（1）：31-33.

[2]Ming Zhong，Fu-Kuan Shi，等. Tough superabsorbent poly（acrylic acid） nanocomposite physical hydrogels fabricated by a dually cross-linked single network strategy[J].Chinese Chemical Letters，2016，27（3）：312-316.

[3]Hai-ming Chen，He Huang. Fast-swelling superabsorbent polymers with polymerizable macromolecular surfactant as crosslinker[J].Journal of Applied Polymer Science，2016，133（47）：44173.

[4]Guang-hua He，Wan-wan Ke，等.Preparation and properties of quaternary ammonium chitosan-g-poly（acrylic acid-co-acrylamide） superabsorbent hydrogels[J]， Reactive & Functional Polymers， 2017， 111：14-21.

[5] Otjhman A.Hamed，等.New routes to prepare superabsorbent polymers free of acrylate cross-linker[J].Iranian Polymer Journal，2015，24（10）：849-859.

[6]JF Mukerabigwi，等.Synthesis and properties of a novel ecofriendly superabsorbent hydrogel nanocomposite based on xyloglucan-graft-poly（acrylic acid）/diatomite[J].Rsc Advances，2015， 5（102）：83732-83742.