第23卷第6期河北工业科技V ol.23,No.6 2006年11月H ebei Jour nal of Industr ial Science and T echno log y N ov.2006
文章编号:1008 1534(2006)06 0364 03
冯 薇1，葛艳蕊1，张林雅1，张炳烛2，王春芳1
(1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄 050018;2.河北科技大学科研处，河北石家
庄 050018)
摘 要：综述了高吸水性树脂的吸水、保水原理及其分类情况，讨论了高吸水性树脂的合成方法，如溶液聚合法、反相乳液聚合法及反相悬浮聚合法等，简述了高吸水性树脂的应用现状和今后发展前景。
关键词：高吸水性树脂；吸水性；保水性；应用
中图分类号:T Q326 文献标识码:A
Synthesis,performance and application of super absorbent resin FENG Wei1,GE Yan rui1,ZH AN G Lin
y a1,ZH ANG Bing zhu2,WANG Chun fang1
(1.Colleg e of Chemical and P har maceutical Engineering,Hebei U niv ersity of Science and T echnolog y,Shijiazhuang H ebei 050018,China;2.Science and T echnolog y Office,H ebei U niv ersity o f Science and T echno lo gy,Shijiazhuang H ebei050018, China)
Abstract:T he pr inciple of absor bing w ater and keeping up water o f super abso rbent r esins(SAR)and the classificatio n o f SAR w ere summarized.M ethods fo r prepa ratio n of SA R,such as liquor polymer ization,inver se phase emulsio n polymerization and inverse phase suspend polymer izat ion wer e rev iewed.T he applications and develo pment o f those r esins w ere also put fo r w ard.
Key words:super abso rbent resin;the perfor mance o f absor bing w ater;the perfo rmance of keeping up w ater;a pplicat ion
高吸水性树脂(Super A bsorbent Resin，简称SAR)是一种典型的功能高分子材料，也称超级吸水聚合物、超强吸水剂等，它能迅速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍的水分。1961年，美国农业部北方研究所率先用淀粉与丙烯腈接枝共聚制成高吸水性树脂，并由H enki公司首次实现了工业化生产。随后，日本、德国、法国、英国、俄罗斯等国家也都对高吸水性树脂进行了大量的开发研究及应用。1
988年，中国开始高吸水性树脂的开发研究。这种具有优异吸水能力和保水能力的新型高分子材料,
收稿日期:2006 05 19；修回日期:2006 09 15
责任编辑：张士莹
基金项目：河北省自然科学基金资助项目(200244)
作者简介：冯 薇(1955 )，女，北京人，教授，主要从事功能高分子材料方面的研究。在工业、农业、食品、医疗卫生、生活用品和环境保护等方面得到了广泛的应用，并已成为人类日常生活中不可缺少的物质[1]。
1 高吸水性树脂的吸水、保水原理
高吸水性树脂为轻度交联结构的高分子聚合物，它是由水溶性聚合物在一定条件下接枝、共聚、交联形成的不溶于水但能高度溶涨的聚合物，其分子结构上具有疏水基团和很多亲水基团(如羟基、羧基、酰胺基等)，在保水剂内部形成了三维空间网状结构。亲水基团与水分子接触时相互作用形成各种水合状态；而疏水部分因疏水作用而易于折向内侧，成为局部不溶性的微粒结构，导致进入的水分子失去活动性，局部冻结，形成 伪冰(Falseice)。分子网络能将吸收的水分全部凝胶化，成为高吸水性的
状态。SAR的交联度较低，水分子进入网络后，网络弹性束缚水分子的热运动，使其不易从网络中逸出。从热力学角度看,SAR的自动吸水性降低了整体自由能，而排除水分会使自由能升高，不利于体系稳定，这就是高吸水性树脂特有的、在受压条件下仍具有很强保水性的原因[2,3]。
在高吸水性树脂内部，高分子电解质的离子间相斥作用(渗透压作用)，使树脂因水进入分子而扩张，但交联作用使水凝胶具有一定的强度(橡胶弹性力)，当二者达到平衡时，树脂吸水达到饱和，此饱和值即为吸水率。高吸水性树脂还具有反复吸水功能，释水后变为固态，再吸水又膨胀为凝胶[4]。
与传统的吸水材料如海绵、脱脂棉、纤维素、硅胶相比，高吸水性树脂具有3个优点:1)吸水能力高，吸水量可达自身质量的几百倍至几千倍，而传统吸水材料仅有几十倍;2)保水能力强，即使受压也不易失水;3)具有高分子材料的弹性、可塑性，性能可调，易于加工[5]，其溶于水后溶液呈弱碱性或弱酸性，无毒、无刺激性，使用安全[6]。
2 高吸水性树脂的分类
高吸水性树脂种类繁多，其分子结构上带有亲水的基团、或在化学结构上具有的低交联度或部分结晶结构不尽相同，由此在赋予其高吸水性的同时也形成了各自的特点，从原料来源、结构特点、性能特点、制品形态以及生产工艺等不同的角度出发，就形成了多种分类方法[7]。
以原料来源分类,SAR可分为天然高分子和合成高分子2类。天然高分子高吸水性树脂包括淀粉系高吸水性树脂!!!淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等；纤维素系高吸水性树脂!!!纤维接枝、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维素等。合成高分子高吸水性树脂包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺等。与淀粉系、纤维素系天然高分子高吸水性树脂相比，合成高分子高吸水性树脂聚合工艺简单，单体转化率高，吸水能力高，保水能力强，是目前高吸水性树脂材料的主体产品。
以亲水化方法分类,SA R可分为亲水性单体直接聚合类，疏水性聚合物亲水化法类，聚合物与亲水性单体接枝共聚类，含腈基、酯基、酰胺基的高分子水解反应类等。
以交联方式分类,SAR可分为用交联剂进行网状化反应结构、自交联网状化反应结构、辐射交联网状化反应结构、水溶性聚合物导入疏水基结构或结晶结构。
以制品形态分类,SA R可分为粉末状、纤维状、膜片状、微球状等。
以制备方法分类,SA R可分为合成高分子聚合交联、羧甲基化、淀粉接枝共聚、纤维素接枝共聚等。
以降解性能分类,SAR可分为非降解型(包括丙烯酸钠、甲基丙烯酸甲酯等聚合产品)、可降解型(包括淀粉、纤维素等天然高分子的接枝共聚产物)。
3 高吸水性树脂的合成方法
高吸水性树脂的传统合成方法主要有本体聚合、溶液聚合、反相悬浮聚合和反相乳液聚合4种方法[8]。
本体聚合是在无溶剂存在的条件下，由反应物自身进行的聚合反应。该方法由于固体产物不易出料以及反应中易发生爆聚等问题，目前已很少采用。溶液聚合是将反应物溶于一定溶剂中进行的聚合反应，为避免有机溶剂对环境的污染，一般用水做溶剂。该方法适用于各类吸水树脂的合成，是较为成熟的方法。反相悬浮聚合法是以油性溶剂作为分散介质，在剧烈搅拌和悬浮剂作用下，水溶性单体和引发剂分散成水相液滴悬浮于油相中进行聚合。反相悬浮聚合法是近年来一种引人注目的独特的聚合新工艺，因其具有反应热易排除，聚合过程稳定，聚合产物不易成块状凝胶，能够直接得到粒状产品，后处理方便，产品无需粉碎、含水量少、易于干燥、综合吸水性能好等优点，日益受到人们的关注[9~14]。反相乳液聚合法是水溶性单体和引发剂在油包水的体系中进行聚合的方法。
近年来，用微波辐射法合成高吸水性树脂的研究已有报道[8]。微波辐射法可用于高吸水性树脂制备中的皂化程序，用微波辐射法还可以大大促进溶液聚合制备各种高吸水性树脂。微波辐射法特别适用于干反应，所以亦可利用微波辅助下的固相合成技术制备高吸水性树脂。
除了以上介绍的一些传统合成方法和微波合成技术外，还有人探索采用其他辅助技术[8]，如丙烯酰胺固相超声波合成法、 射线照射淀粉接枝丙烯酸[12]法、紫外光引发淀粉接枝丙烯腈法以及超临界流体
中的高吸水性树脂生产法等。
4 高吸水性树脂的应用
高吸水性树脂的优良特性决定了它具有广泛的应用前景。由于其具有吸水率高、保水性强、安全无毒、质量轻、吸液量大等优点，一问世就受到卫生用
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第6期 冯 薇等 高吸水性树脂的合成、性能及应用
龚建品厂家的重视，如一次性纸尿布、妇女卫生巾、婴儿襁褓、餐巾、宇航员尿袋、止血栓、手术垫、手术手套、手术衣等，目前卫生用品已成为SAR的主要应用领域，占其消耗量的80%~95%[8]。
高吸水性树脂还广泛应用于农林园艺和水土保持等农业领域[3]。高吸水性树脂吸收的水分具有可逆性，能在植物根系附近形成一个局部湿润环境。土壤中混入0.1%~0.5%(质量分数)的高吸水性树脂后，即使土壤中水分过多或干旱缺水，也能保持有效湿度稳定。SAR作为土壤改良剂、种子及苗木移植涂覆剂、农膜防雾剂、化肥农药缓释剂、沙漠改良剂等农业抗旱节水材料，在节水农业中具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景。
高吸水性树脂在工业领域的应用也非常多。例如：在石油工业中用作油田如处理剂、油水分离剂；在建筑行业中用作隔水材料、调湿材料；在矿山行业用作隧道掘进润滑剂；在环保行业用来处理污水，如处理重金属离子溶液以回收贵重金属；在日用化学品工业中用作空气清新剂、护肤香料保持剂；在食品工业中用作食品保鲜材料等。
另外，高吸水性树脂在人工智能、航空航天等领域也具有十分广泛的应用，如传感器等电子电气部件、光学显示元件、通讯光缆、力学化学材料、机器人的制造等。
5 结 语
高吸水性树脂是一种极有前途的功能高分子材料，世界对SAR的需求量在逐年增加。但SAR还存在着生产工艺繁杂、耐盐性差、成本较高等问题，为了解决以上问题并拓展SAR的应用领域，还需对其改性，以克服某些性能之不足。目前，在高吸水性树脂的研究中，一般仅限于合成方法与工艺的研究，对相关反应机理和吸水机理的探讨，以及反应过程动力学、水凝胶微观结构与性能之间关系的研究还很少。如能在理论上对相关问题进行深入探讨，根据所要求的性能，从分子水平上设计高吸水性树脂的组成与结构，生产出更具应用前景的高水平SAR 聚合物，则高吸水性树脂必将在未来的生产和生活中发挥更大的作用。
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(本刊编辑部) 366河 北 工 业 科 技 第23卷
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