高吸水性樹脂的研究與進(jìn)展

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1、高吸水性樹脂的研究與進(jìn)展郝雪蓮(中國石油大學(xué)重質(zhì)油國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249)摘要：高吸水性樹脂是一種含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物．具有許多優(yōu)異的性能，日益受到人們的關(guān)注。f本文綜述了高吸水性樹脂的國內(nèi)外研究進(jìn)展，介紹了高吸水性樹脂的分類、結(jié)構(gòu)、性能、吸水機(jī)理以及合成方法，并結(jié)合目前的應(yīng)用情況，提出了今后高吸水性樹脂的發(fā)展方向o／／關(guān)復(fù)詞：高吸水性樹脂分類結(jié)梅性能吸水機(jī)理合成方法1引言高吸水性樹11目(SuperAdsorbentResin簡稱sAR)又稱(SuperAdso

2、rbentPolymer簡稱sAP)是一種含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物，它不溶于水，也不溶于有機(jī)溶劑，具有獨(dú)特的吸水和保水性能，同時(shí)具備高分子材料的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的吸水材料如脫脂棉、海綿、硅膠、氯化鈣相比，SAR有三大優(yōu)勢(shì)：一是吸水量大，可達(dá)自身的幾十倍甚至幾千倍以上，而傳統(tǒng)吸水劑只能吸收幾倍到20倍的水；二是保水能力強(qiáng)。即使在受壓條件下，SAR．吸入的水也不失去，傳統(tǒng)吸水幫加壓即脫水；第三，SAR具有高分子材料的許多優(yōu)點(diǎn)如彈性、可塑性、力學(xué)性能，且性能可調(diào)范圍廣，易于加工，便于使用

3、。同時(shí)SAR對(duì)光、熱、酸、堿穩(wěn)定性好，具有良好的生物降解性能。由于SAR具有許多優(yōu)異的性能，從而被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、石油化工、建筑材料、醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域，并13益受到人們的關(guān)注”J。2國內(nèi)外研究進(jìn)展高吸水性樹脂的開發(fā)與研究只有幾十年的歷史。1961年，美國的C．R．Russesll等從淀粉接枝丙烯腈開始了對(duì)其的研究；接著Gugliemeli等成功地研究了堿水解淀粉接枝丙烯腈共聚物；1974年，美國農(nóng)業(yè)部北部研究中心的G．F．Fanta等人在前入合成淀粉接枝共聚物的基礎(chǔ)上，制得了最早的高吸水性樹脂一部分水解

4、的淀粉接枝丙烯腈共聚物，引起了各國研究者們的濃厚興趣，此后高吸水性樹脂逐漸成為一個(gè)獨(dú)立、新興的科研領(lǐng)域，SuperAbsorbent這個(gè)單詞也應(yīng)孕而生。13本和美國在這一領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位‘3j。進(jìn)入80年代，由于日本、歐美等國紙尿片的迅速普及，高吸水性樹脂的用量也迅猛增加，生產(chǎn)公司一方面競(jìng)相采用不同的原料、不同的合成工藝進(jìn)行生產(chǎn)，使高吸水性樹脂的品種除了早期的淀粉接枝聚丙烯腈類、淀粉接枝聚丙烯酸類外，還開發(fā)了纖維素類、聚丙烯酸鹽類、醋酸乙烯類等；合成方法從接枝共聚逐漸轉(zhuǎn)向多糖類的羧甲基化及親水性乙烯基單體的交聯(lián)聚合

5、。另一方面它們紛紛擴(kuò)大裝置，提高生產(chǎn)能力，1983年世界高吸水性樹脂產(chǎn)量僅6kt／a，其中日本占一半。到1984年底，日本的生產(chǎn)能力已超過10kt／a。而在1988年，日本生產(chǎn)衛(wèi)生用的高吸水性樹脂就達(dá)30kt，其它用途5kt，出口40kt?！?428·到了90年代，高吸水性樹脂需求量繼續(xù)膨脹，平均年增長率高達(dá)30％．40％，對(duì)其品種、合成途徑、性能及應(yīng)用領(lǐng)域等方面的研究El趨成熟，如在聚合實(shí)施方法上，采用了工藝較先進(jìn)的反相懸浮聚合代替水溶液聚合，反相懸浮聚合解決了水溶液聚合的傳熱、攪拌困難等問題，且反應(yīng)條件溫和、副反應(yīng)

6、少。目前，交聯(lián)聚合吸水性樹脂大多采用這一工藝。在生產(chǎn)規(guī)模上，日本住友精化公司將原有生產(chǎn)能力8kt／a增至20kt／a，觸媒公司又在日本建成61kt／a的生產(chǎn)裝置，在德國和美國各建成I套12kWa的裝置。90年代后期，高吸水性樹脂的生產(chǎn)供應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年世界高吸水性樹脂的生產(chǎn)能力達(dá)到了846kWa，開始出現(xiàn)供過于求的現(xiàn)象。針對(duì)這一狀況，日本、歐美等發(fā)達(dá)國家的各生產(chǎn)高吸水性樹脂的大公司，一方面努力開辟國內(nèi)新市場(chǎng)，競(jìng)相提高產(chǎn)品的普及率，積極開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。如日本的沙漠開發(fā)學(xué)會(huì)決定用商吸水性樹脂進(jìn)行沙漠的改造

7、工作，如果這一計(jì)劃付諸實(shí)施，無疑又為高吸水性樹脂開辟了一個(gè)廣闊的應(yīng)用前景；另一方面，這些公司紛紛將目光投向國外市場(chǎng)。日本高吸水性樹脂工業(yè)主要依賴高增長的出口，這是其發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力【4j。我國于80年代初開始進(jìn)行高吸水性樹脂的研究。1982年中科院化學(xué)所的黃美玉等人在國內(nèi)最先合成出以二氧化硅為載體的聚一y一巰丙基硅氧烷為引發(fā)劑，吸水能力為400倍的聚丙烯酸鈉類高吸水性樹脂，之后有關(guān)高吸水性樹脂的專利和文獻(xiàn)報(bào)道逐漸增多。1983年上海大學(xué)研制的淀粉一丙烯酸共聚物(sDL—A一700，SDL—B一1000)等系列產(chǎn)品，通過

8、了上海高教局鑒定。1987年北京纖維研究所、紡織科學(xué)研究院與山東省濟(jì)寧化肥廠聯(lián)合研制出聚丙烯酸類的高吸水性樹脂，并建起國內(nèi)第一套100t／a的生產(chǎn)裝置。我國先后有40多家單位從事過這方面的研究，從1988年開始有專利，目前已有幾十項(xiàng)專利，但是同國外相比無論從技術(shù)上還是規(guī)模上都有較大差距，國內(nèi)高吸水性樹脂產(chǎn)品大都依靠進(jìn)口，隨著我國改