聚丙烯酸类高吸水树脂的改性与应用

聚丙烯酸类高吸水树脂的改性与应用

高吸水树脂又称高吸水树脂，能吸收相当于自身质量的数百倍或数千倍的水，具有很强的保水性。因此，它可以用于工业、农业、园林、卫生等领域。水性聚合物聚丙烯酸具有优良的耐酸碱性、耐腐蚀性,而且属于环境友好型的绿色化工产品。本文主要对聚丙烯酸类高吸水性树脂的改性方法与应用进行总结与归纳。1高吸水树脂聚丙烯酸酯的改性方法和发展方向1.1耐盐性改性树脂聚丙烯酸类高吸水性树脂能够在水中电离出阳离子,提高了吸水率,但是其在盐水中渗透压减小,吸水性下降,因此聚丙烯酸类树脂的耐盐性改性就尤为重要。1.1.1高吸水树脂的合成及性能将非离子的亲水基团引入到聚丙烯酸高吸水树脂中能够降低树脂对盐的敏感性,常见的亲水基团有磺酸基、羟基、磷酸基、酰胺基等,聚合方法一般都采用反相聚合法及溶液法。朱正等利用反相悬浮聚合法合成了三种聚丙烯酸吸水树脂,结果表明三种树脂都具有良好的保水性,其中聚丙烯酸—马来酸酐的耐电解质性能最好,吸生理盐水量可达107.2g/g。尤晶等采用水溶液聚合法制备了三种高吸水树脂,结果发现丙烯酸的中和度、交联剂和引发剂用量对其吸水性能的影响具有相同的趋势,由于各反应单体的性质不同,最佳反应条件也不同,其中聚丙烯酸—丙烯酰胺受离子溶液的影响程度最轻微。另外,研究发现,交联剂的用量对高吸水性树脂的耐盐性也有一定程度的影响。交联剂的使用可以通过改变树脂的空间结构,提高凝胶网络上的电荷密度来提高其耐盐性,还可以将吸水性树脂进行包覆,阻止溶液中反离子的进行,从而提高吸盐率。朱秀林等采用了乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,利用高岭土与交联剂的相互作用与聚丙烯酸钠聚合交联制备了高吸水性复合树脂,不仅提高了吸水速率,而且增强了热稳定性和耐盐性。1.1.2非极性化合物王进等将疏水长链引入了高吸水树脂,利用非极性基团形成的缔合作用,提高了聚合物的抗电解质能力。疏水单体的用量不能太高,因为疏水链的引入会对树脂的吸水能力有所影响。1.2高吸水树脂的保水性能研究单纯以丙烯酸为原料合成的高吸水性树脂,在一般贮存条件下易吸潮,而且耐盐性较差,影响了该类高吸水性树脂在生活中应用。因此,提高其防潮性能的研究是高吸水性树脂发展的一个重要研究内容。常用的改性方法是将高吸水树脂进行表面交联,提高交联密度。贾振宇等使用腐植酸对丙烯酸系高吸水树脂进行接枝改性,提高树脂的防潮性能和吸水速度。周斌通过以环氧氯丙烷、适量甘油、甘油醚和多元醇溶液对聚丙烯酸高吸水树脂进行交联改性,所制得的产品防潮性能佳,吸水速率适中。1.3接枝改性高分子树脂单纯的聚丙烯酸类高吸水性树脂是难以自然降解的,随着人类对环境问题的日益重视,发展出可生物降解的绿色高吸水树脂受到国内外研究人员的重视。目前研究证明,可以对丙烯酸合成过程中的分子进行设计,引入不同比例的弱键来控制降解速率;可以使用可生物降解的单体进行共聚改性;使用可降解的交联剂提高降解性等多种方法。崔亦华等合成了含有C-O-C醚键的可生物降解的高吸水性树脂,其72d后的降解率达90%。通过引入天然高分子对聚丙烯酸类高吸水性树脂进行接枝改性提高其环境降解性是近年来的研究热点。常见的天然高分子有淀粉、甲壳类、纤维素、海藻酸钠、蛋白质等。张步宁等研究了棉籽蛋白—聚丙烯酸树脂的生物降解性,发现棉籽蛋白有利于高吸水性树脂在微生物作用下骨架结构的断裂,加速降解。王开明等将丙烯酸与羧甲基壳聚糖进行接枝共聚,合成了具有抑菌性能的高吸水树脂,吸水倍率为980g/g。谢娜纯等利用溶液聚合合成了蔗渣纤维接枝聚丙烯酸高吸水树脂,树脂吸水倍率值最高为765.7g/g。另外,通过添加一些无机材料,如高岭土、蛭石、云母等,与丙烯酸树脂进行复合得到的绿色高吸水性树脂也具有良好的吸水性能。林健等以丙烯酸、丙烯酰胺、淀粉和高岭土为原料制备了复合型吸水树脂,其吸水倍率为1415g/g。王春龙等合成了累托石/聚丙烯酸高吸水性树脂,结果表明,当煅烧条件为650℃、煅烧时间为1.5h时,树脂的吸水倍率为304g/g。1.4合成吸水性树脂的工艺技术与发达国家相比,目前我国的生产工艺相对落后,工艺流程较为复杂,因此,改进聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成工艺是国内研究的重点。人们在研究合成高吸水性树脂的同时,不仅要寻求新原料、新工艺,还应探索新的应用领域。虽然高吸水性树脂的应用非常广泛,但是80%的市场需求都来自于卫生方面,其他发展方向相对进展较慢,如重金属捕集剂、农药、石化脱硫剂及肥料缓释方面等。2高吸水树脂聚丙烯酸酯的应用2.1对土壤进行药剂复制聚丙烯酸类高吸水性树脂在农业方面可以用来节水、作为种子保水剂等。吸水性树脂在土壤中能够形成团粒结构,缩小昼夜温差,还可以吸收肥料、农药并进行缓释,增强药效。在土壤中加入0.1%的超强吸水剂,种子发芽期可以缩短2~3d。聚丙烯酸类高吸水性树脂作为有效的水分保持剂,对于植树造林、降低水土流失具有很好的效果,在改造荒山及沙漠治理方面可提高种子发芽率及成活率。2.2医疗及非织造材料聚丙烯酸类高吸水性树脂对于血液、尿液的吸收能力很强,可以作为卫生纸、纸尿布、妇女卫生巾等一次性用品的添加剂。高吸水性树脂吸水后形成的聚合物凝胶不易与人体细胞产生排斥反应,为其在医疗上的应用提供了条件。目前,已经应用于手术垫、棉球和纱布中,用于吸收手术及外伤出血的分泌液的吸收。另外,一些软接触眼镜、医用缓释剂、人工肌肉等医疗用品也开始以高吸水树脂为原料。2.3填料、助剂混合加工聚丙烯酸类高吸水性树脂可以作为止水止漏材料,具有高机械强度、高稳定性、耐燃性等优点,在使用过程中与其他一些填料、助剂充分混合后加工而成。带有淀粉接枝丙烯酸类吸水剂的壁纸或涂料还可以预防室内的结露现象,调节空气湿度。2.4提高抑尘效率聚丙烯酸类高吸水性树脂用来治理流沙,可以使分散的沙粒聚合成为有一定弹性的稳定体,达到固沙的效果。把高吸水树脂溶胶应用于抑尘时,一方面,高吸水树脂具有非常好的黏结性,可以把微小的粉尘紧密的黏结在一起,并把细小的颗粒吸附在表面。另一方面,吸水树脂溶胶能够填充在粉尘缝隙中间,吸收空气中的水分,使粉尘颗粒中一直都含有水分,提高抑尘效率。使用时,通过喷洒到粉尘或煤炭表面,干燥后形成结壳型防护膜,能够防风、防浸蚀、耐雨水冲刷,有效降低运输、堆放时的物料损耗,避免形成二次污染。3高吸水性树脂的生产技术