高吸水性樹脂的制備

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1、高吸水性樹脂的制備本文介紹了淀粉類、纖維素類、共聚合類、復(fù)合類以及可生物降解類高吸水性樹脂及其發(fā)展、結(jié)構(gòu)以及吸水理論,并對(duì)目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。高吸水性樹脂是一種新型功能高分子材料，由于它能吸收自身質(zhì)量幾百至上千倍的水,且吸水膨脹后生成的凝膠具有優(yōu)良的保水性,因而廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝等領(lǐng)域。1高吸水性樹脂的分類高吸水性樹脂發(fā)展迅速，品種繁多，根據(jù)現(xiàn)有的品種及其發(fā)展可按以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類。1.1按原料來源主要分類1淀粉系：包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黃原酸鹽等。2纖維素系：包括纖維素接枝、羧甲基化纖維素、羥丙基化纖維素、黃原酸化纖維素等

2、。3合成樹脂系：包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類、無機(jī)聚合物類等。1.2按親水基團(tuán)的種類分類①陰離子系：羧酸類、磺酸類、磷酸類等；②陽(yáng)離子系：叔胺類、季胺類等；③兩性離子系：羧酸-季胺類、磺酸-叔胺類等；④非離子系：羥基類、酰胺基類等；⑤多種親水基團(tuán)系：羥基-羧酸類、羥基-羧酸基-酰胺基類、磺酸基-羧酸基類等。1.3按制品形態(tài)可分四類：粉末狀；纖維狀；膜狀；圓顆粒狀。2高吸水性樹脂的發(fā)展2.1國(guó)外發(fā)展上世紀(jì)50年代前，人們使用的吸水材料主要是天然產(chǎn)物和無機(jī)物，如多糖類、纖維素、硅膠、氧化鈣及磷酸等。50年代，科學(xué)家通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，建立了高分子吸水理論，

3、稱為Flory吸水理論，為吸水性高分子材料的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。高吸水性樹脂是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來的，最早在1961年由美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所Russell等[1]從淀粉接枝丙烯腈開始研究，其目的是在農(nóng)業(yè)和園藝中作為植物生長(zhǎng)和運(yùn)輸時(shí)的水凝膠，保持周圍土壤的水份；其后Fanta等接著進(jìn)行研究，于1966年首先發(fā)表了關(guān)于淀粉改性的物質(zhì)具有優(yōu)越的吸水能力的論文，指出淀粉衍生物具有優(yōu)越的吸水能力，吸水后形成的膨潤(rùn)凝膠體保水性很強(qiáng)，即使加壓也不與水分離，甚至具有吸濕保濕性，這些特性都超過了以往的高分子材料。首次開發(fā)成功后，世界各國(guó)對(duì)高吸水性樹脂在體系、種類、制備方法、性能

4、改進(jìn)、應(yīng)用領(lǐng)域等方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一系列的研究成果。1975年美國(guó)谷物加工公司成功研究出淀粉接枝丙烯腈高吸水性樹脂，但直到1978年才由日本的三洋化成工業(yè)率先進(jìn)行了商業(yè)化生產(chǎn)，將高吸水性樹脂用于一次性尿布，于1979年在日本名古屋投產(chǎn)了1000噸/年的生產(chǎn)設(shè)備[2]，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷歐美各國(guó)，使其市場(chǎng)潛力和應(yīng)用研究受到人們的重視。高吸水性樹脂的發(fā)展也隨之進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。70年代末美國(guó)UCC公司用放射法交聯(lián)各種氧化烯烴聚合物，合成了非離子型的高吸水性樹脂，其吸水能力高達(dá)2000倍，從而打開了合成非離子型高吸水性聚合物的大門。80年代出現(xiàn)了以天然化合物及其衍

5、生物為原料(藻酸鹽、聚氨基酸、殼聚糖、蛋白質(zhì)等)制取的高吸水性材料，同時(shí)，出現(xiàn)了高吸水性復(fù)合材料，由于它能改善吸水性材料的耐鹽性、吸水速度、水凝膠的強(qiáng)度等許多性能，所以發(fā)展迅速。90年代初，吸水性樹脂的研究更是突飛猛進(jìn)。最新開發(fā)了對(duì)環(huán)境友好的聚氨基酸系高吸水性樹脂、可生物降解的復(fù)合纖維或無紡布材料、高吸水性樹脂泡沫、芳香性衛(wèi)生用品、室內(nèi)裝飾性凝膠材料等。目前，日本觸媒、三洋化成及德國(guó)Stockhausen三大生產(chǎn)集團(tuán)掌握了全球高吸水樹脂70%的市場(chǎng)，他們之間均以技術(shù)合作方式，進(jìn)行著世界性國(guó)際聯(lián)合經(jīng)營(yíng)，占居了世界主要技術(shù)和市場(chǎng)[3]。在過去將近20年中，世界高吸水性樹

6、脂的市場(chǎng)需求持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，圖1是全球高吸水性樹脂的生產(chǎn)能力和趨勢(shì)圖，從1986年世界高吸水性樹脂產(chǎn)量不足0.5萬(wàn)噸/年，到2001年為125萬(wàn)噸/年[4]。目前全球?qū)Ω呶詷渲a(chǎn)和需求幾乎是直線上升趨勢(shì)。在本世紀(jì)，隨著北美、西歐高吸水性樹脂市場(chǎng)逐漸進(jìn)入成熟期，以及亞太和拉美等新興市場(chǎng)的快速發(fā)展，全球?qū)Ω呶詷渲男枨髮⒓眲∨蛎洠澜鐚?duì)高吸水性樹脂的需求將不斷增加。2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展我國(guó)從80年代才開始研制高吸水性樹脂，1982年中科院化學(xué)研究所的黃美玉等[5]在國(guó)內(nèi)最先合成出聚丙烯酸鈉類高吸水性樹脂，80年代后期己有20多個(gè)單位、研究所、紡織科學(xué)研究院與山東省濟(jì)

7、寧化肥廠聯(lián)合研制出聚丙烯酸類的高吸水性樹脂，建起國(guó)內(nèi)第一套100噸/年的生產(chǎn)裝置。我國(guó)高吸水性樹脂的消費(fèi)始于1991年，一些獨(dú)資或合資企業(yè)引進(jìn)護(hù)翼衛(wèi)生巾生產(chǎn)線，1993年引進(jìn)尿褲生產(chǎn)線后,消費(fèi)需求不斷增加。1985年北京化工研究院申請(qǐng)了國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)吸水性樹脂的專利,到2006年底，我國(guó)己申請(qǐng)專利200多項(xiàng)，主要集中在合成淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸鹽、聚乙烯醇衍生物等高吸水性樹脂。近年來，醫(yī)用高吸水材料、生物可降解高吸水材料和有機(jī)—無機(jī)復(fù)合材料的研究也日益增多。如淀粉類可生物降解高吸水材料、聚氨基酸類、可生物降解高吸水性樹脂、無機(jī)—有機(jī)復(fù)合高吸水性材料、羥乙