高吸水性树脂调研报告

目录TOC\o"1-5"\h\z\u摘要 2关键词 2一、高吸水性树脂概述 21、 高吸水性树脂基本概念 22、 高吸水性树脂特性 3二、高吸水性树脂的研究进展 31、 国际研究进展 32、 国内研究进展 4三、高吸水性树脂的吸水机理 51、 吸水机理基本概况 52、 影响树脂吸水性的因素 5四、高吸水性树脂的制备 61、本体聚合法 72、反相乳液聚合法 73、水溶液聚合法 74、反相悬浮聚合法 75、互穿聚合物网络聚合法 8五、高吸水性树脂的应用 81、在农业与园艺方面的应用 82、在医用、卫生方面的应用 83、在工业方面的应用 94、在建筑方面的应用 9六、高吸水性树脂的发展趋势 91、高性能化 92、复合材料化 103、功能化 104、可降解性 10附（PersonalViews） 11

摘要高吸水性树脂又称高分子吸水材料（SAP），是一种含有羧基、羟基等强亲水基团，并具有一定交联网络结构的高分子聚合物，是一类新型的功能高分子材料，具有吸水量大和保水性强两大特点。高吸水性树脂以其优越的性能，广泛应用于农林业生产、医疗卫生、建筑材料、交通运输等诸多领域，并发挥巨大作用。随社会需求增加以及社会工业发展方向，其研究的趋势也随之向低成本、高产量、高吸水率、多功能化和环保化发展。关键词吸水树脂研究进展吸水机理制备方法发展趋势实际应用一、高吸水性树脂概述高吸水性树脂基本概念高吸水性树脂（英文名为SuperAbsorbentResin，简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为SuperAbsorbentPolymer，简写为SAP），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。高吸水性树脂特性（1）高吸水性能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。（2）高吸水速率每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。（3）高保水性吸水后的凝胶在外加压力下，水也不容易从中挤出来。（4）高膨胀性吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍。（5）吸氨性低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有羧基阴离子，遇氨可将其吸收，有明显的去臭作用。二、高吸水性树脂的研究进展国际研究进展高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。1966年美国农业部北方研究所以铈盐做引发剂，制备了最早的高吸水性树脂——淀粉接枝丙烯腈共聚物，世界各国，特别是美国、日本、欧洲纷纷对高吸水性材料进行了诸多研究。高吸水性树脂得到进一步研究和发展是在20世纪80年代之后。高吸水性树脂的种类增多，应用领域和使用量也迅速增长，在生产和开发中，除了使用纤维素、淀粉之外，还采用了蛋白质、壳聚糖等天然化合物衍生物为原料合成高吸水性树脂，拓展了高吸水性树脂的种类。在制备工艺上，除了使用接枝共聚的方法外，还采用了亲水性乙烯基单体的交联聚合和多糖类的羧甲基化的方式。在此同时，出现了吸水性功能性材料和吸水复合材料。进入20世纪90年代，高吸水性树脂的制备工艺已经趋向成熟，各方面研究也已形成规模。开发了对环境友好的可生物降解的聚氨基酸系高吸水性树脂、复合纤维、无纺布材料、芳香性卫生用品、高吸水性树脂泡沫和室内装饰性凝胶等材料。现在，高吸水树脂已经广泛应用于农林园艺、医疗卫生、建筑材料、石油工业、食品行业、日用品行业、人工智能材料等各个领域。国内研究进展国内高吸水性树脂的研究工作起步较晚，始于20世纪80年代初，与国外相比，我国高吸水性树脂的研究开发与应用相对比较缓慢。在文献报道和专利方面，国内有关高吸水性树脂的文献报道和专利逐渐增多，在复合型高吸水性材料方面尤其突出，主要包括天然高分子复合型高吸水性材料和无机-有机复合型高吸水性材料。在多糖类复合高吸水性材料领域，通过粉碎的麦秸秆与丙烯酸接枝共聚，制备出价格低廉，在蒸馏水溶胀417倍的高吸水复合树脂。在麦秸秆-丙烯酸复合树脂上，添加季铵盐改性过的蒙脱土，通过原位聚合，又制备出性能优异的纳米型高吸水性树脂。在蛋白质复合高吸水性材料领域，以改性羽毛蛋白和鱼蛋白为主要原料，研究制备具有更好的耐盐性能、保水性能和更宽的PH适用范围的复合型高吸水树脂。在无机-有机复合型高吸水性材料领域，以丙烯酸、钠基膨润土为原料，制备了具有良好的血液相容性吸水材料;以魔芋葡甘露聚糖、丙烯酸单体、高岭土为原料，制备了KGM-AA-AM聚合物，在蒸馏水中的溶胀倍率可达1941倍。目前，我国的高吸水性树脂耐盐性、生物降解性方面明显较差，在质量、价格及应用方面都无法与进口产品竞争。三、高吸水性树脂的吸水机理吸水机理基本概况高吸水性树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，因为吸水树脂上含有多个亲水集团，故首先进行水润湿，然后水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反粒子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。影响树脂吸水性的因素高吸水性树脂的吸水性受多种因素制约，归纳起来主要有结构因素、形态因素和外界因素三个方面。结构因素包括亲水基的性质、数量、交联剂种类和交联密度，树脂分子主链的性质等等，树脂的结构与生产原料、制备方法有关。交联剂的影响：交联剂用量越大，树脂交联密度越大，树脂不能充分地吸水膨胀；交联剂用量太低时，树脂交联不完全，部分树脂溶解于水中而使吸水率下降。吸水力与水解度的关系：当水解度在60~85%时，吸收量较大；水解度大于这个范围时，吸收量下降，其原因是随着水解度的增加，尽管亲水的羧酸基增多，但交联剂也发生了部分水解，使交联网络被破坏。形态因素主要指高吸水性树脂的主品形态。增大树脂主品的表面，有利于在较短时间内吸收较多的水，达到较高吸水率，因而将树脂制成多孔状或鳞片可保证其吸水性。外界因素主要指吸收时间和吸收液的性质。随吸收时间的延长，水分由表面向树脂产品内部扩散，直至达到饱和。高吸水树脂多位高分子电解质，其吸水性受吸收液性质，特别是离子种类和浓度的制约。在纯水中吸收能力较高；盐类物质的存在，会产生同离子效应，从而显著影响树脂的吸收能力；遇到酸性或者碱性物质，吸水能力也会下降。电解质浓度增大，树脂的吸收能力下降。二价金属离子可能在树脂的大分子之间羧基上产生交联，阻碍树脂凝胶的溶胀作用，从而影响吸水能力，因而二价金属离子对树脂吸水性的降低将更为显著。四、高吸水性树脂的制备目前高吸水性树脂的合成所采用的原料以液体和固体为主，起反应类型多是高分子物的化学反应，产物以粉末状、膜状（或片状）、纤维状的固体形式。按反应体系的不同可分为均相聚合法、非均相聚合法和互穿聚合物网络聚合法等，其中均相法包括本体聚合法和溶液聚合法，非均相法包括悬浮聚合法、反相悬浮聚合法、乳液聚合法和反相乳液聚合法。1、本体聚合法本体聚合法是指不加其他介质，只有反应物本身在引发剂作用下进行的合成反应，只要聚合完全，或未聚合的单体洗涤干净，就可得到高纯度的产品。2、反相乳液聚合法反相聚合法是将反应物（低分子物或高分子物）分散在油介质中，通过乳化剂作用，并在搅拌或剧烈震荡下分散成乳液状态进行化学反应的合成方法。3、水溶液聚合法水溶液聚合法是反应物和添加剂（如分子量调节剂）溶于适当的溶剂中在光照或加热、辐射、引发剂（或催化剂）的作用下而进行的合成方法。4、反相悬浮聚合法反相悬浮聚合法开始于90年代，它是以溶剂（油相）为分散介质，水溶性的单体为水相液滴（反应后形成粒子），引发剂（或催化剂）溶解在单体水相中，水溶性单体在悬浮剂和强烈搅拌作用下，分散成悬浮水相液滴，引发剂溶解在水相液滴中而进行聚合的方法。5、互穿聚合物网络聚合法互穿网络IPN（interpenetratingpolymernetwork）是一种多相、多组分的独特聚合物合成，其组成至少有一类为交联结构。通过IPN技术，可使某些两种以上组分的物质在材料中各自分别形成微相区，微相区彼此界面上存在广泛的物理交联，即在界面上存在着三维“机械缠结”或化学键的存在使IPN改性的相关性能与共混复合物相比有明显的提高。五、高吸水性树脂的应用1、在农业与园艺方面的应用用于农业与园艺方面的高吸水性树脂又称为保水剂和土壤改良剂。用于这方面的高吸水性树脂主要是淀粉接枝丙烯酸盐聚合交联物和丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物，其中盐已由钠型转向钾型。使用的方法主要有拌种、喷撤、穴施、或用水调成糊状后浸泡植物根部。同时，还可以利用高吸水性树脂对化肥进行包衣后施肥，充分发挥化肥的利用率，防止浪费和污染。国外还利用高吸水性树脂作为水果、蔬菜、食品保鲜包装材料。2、在医用、卫生方面的应用主要用作卫生巾、婴儿尿布、餐巾、医用冰袋；用于调节环境气氛的胶状日用芳香材料。用作软膏、霜剂、擦剂、巴布剂等的基质医用材料，具有保湿、增稠、皮肤浸润、胶凝的作用。还可以制作成控制药物释放量、释放时间、释放空间的智能载体。3、在工业方面的应用利用高吸水性树脂高温吸水低温释放水的功能制作工业防潮剂。在油田采油作业中，尤其老油田的采油作业，利用超高相对分子质量的聚丙烯酰胺的水溶液进行驱油效果非常好。还可以用于有机溶剂的脱水，尤其对极性小的有机溶剂其脱水效果十分显著。还有工业用的增稠剂、水溶性涂料等。4、在建筑方面的应用在水利工程使用的遇水快速膨胀材料，是纯粹的高吸水性树脂，主要用于汛期大坝洞的堵漏、地下室、隧道、地铁预制缝的堵水；用于城市污水处理和疏竣工程的泥浆固化，以便于挖掘和运输等。六、高吸水性树脂的发展趋势1、高性能化高性能化是要在保证高吸水性树脂具有优良的吸水和保税性能的基础上，提高树脂的吸水速度、耐盐性能、凝胶强度和热稳定性能。2、复合材料化复合化是改进高吸水性树脂强度的新方法，SAP可与无机物、有机物和高分子等复合，制备出性能优良、成本低廉的高吸水性材料，往往兼有更多性能。3、功能化高吸水性树脂的功能化有利于开发新型材料，提高材料功效，如在吸水性材料中加入抗菌成分可制的吸水性医用抗菌纤维，可保持持久的抗菌效用，用于绷带、纱布、外科手术用的罩衣等。4、可降解