淀粉類高吸水性樹脂

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1、淀粉類高吸水性樹脂摘要：討論了淀粉類高吸水性樹脂國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、吸水機理及合成技術(shù)方面的研究進展，重點介紹了化學(xué)引發(fā)接枝聚合淀粉接枝丙烯腈類樹脂、淀粉接枝丙烯酸類樹脂、淀粉接枝多元單體類樹脂、復(fù)合型淀粉接枝脂類樹脂的研究現(xiàn)狀，并指出了今后我國淀粉類高吸水性樹脂的合成應(yīng)該向以變性淀粉為原料、多元接枝共聚和制備復(fù)合型樹脂的方向發(fā)展。高吸水性樹脂是一種新型的功能性高分子材料，它具有非常強的吸水能力，能吸收自身質(zhì)量幾十倍乃至幾千倍的水，這是以往任何吸水材料無法比擬的。高吸水性樹脂不但吸水能力強，而且保水能力非常高，吸水后，無論施加多大的壓力也不脫水，因此又被稱為高保水劑。由于高吸水性樹脂既具有獨特的

2、吸水性能和保水能力，同時又具備高分子材料的優(yōu)點，即有良好的加工性能和使用性能，因此，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、園藝、醫(yī)療、生理衛(wèi)生、石油、化學(xué)化工、日用品、環(huán)境保護、美容、化妝、建材、生化技術(shù)、食品等領(lǐng)域。國內(nèi)對高吸水性樹脂的研究雖僅有20年的歷史，但發(fā)展迅速，并已取得了一定的成果。高吸水性樹脂可以通過溶液聚合、反相懸浮聚合、反相乳液聚合等方法制得。根據(jù)原料不同，高吸水性樹脂主要分為淀粉、纖維素和人工合成三大系列。由于淀粉廣泛存在于生物界，原料來源廣泛，種類多，產(chǎn)量豐富，特別是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品資源極為豐富，而且它在生物降解和原料的再生性方面具有其他類樹脂不可比擬的優(yōu)越性。因此研究和開發(fā)淀粉類高吸水性樹

3、脂有重要意義。本文主要介紹了淀粉類高吸水性樹脂國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、吸水機理及合成技術(shù)方面的研究進展。1國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r早在1961年，美國農(nóng)業(yè)部北方研究所FantaGF等對以淀粉與丙烯腈為原料，通過鈰鹽引發(fā)把丙烯腈接枝共聚到淀粉上作了大量的研究工作。1975年日本三洋化成株式會社的增田房義研究了淀粉接枝丙烯酸鈉共聚物超強吸水劑，并于1978年以IM一300代號投放市場，其吸水能力為300g／g，后來又研制出32—1000，吸水率達1000倍。當(dāng)時日本的住友化學(xué)、明成化學(xué)等公司以不同的原料開發(fā)吸水性材料。此后世界各國對高吸水性樹脂品種、性能和應(yīng)用等方面進行了大量的研究，其中以美國和日本取得的成效最大

4、。我國的高吸水性樹脂研制工作起步較晚，始于80年代，華南工學(xué)院張力田教授于1982年對國際上有關(guān)吸水性樹脂所取得的成就作了綜述，1988年我國開始有高吸水性樹脂專利。從80年代開始至今對高吸水性樹脂進行研究的單位和企業(yè)有30余家。如蘇州大學(xué)以丙烯酸為主要原料，研制了粒徑為1．57mm、吸水率為1500g／g左右的大粒徑高吸水性樹脂。李平、修國華等以丙烯酸鈉聚合物為主要部分，在水性溶劑環(huán)己烷中經(jīng)反相懸浮聚合反應(yīng)制備了高吸水性聚丙烯酸鈉，不僅對純水，而且對鹽水、人體尿等各種電解質(zhì)水溶液也具有很強的吸水能力，并具有良好的凝膠強度及適宜的發(fā)粘感。目前北京輕工業(yè)學(xué)院等單位進行的“九五”重點課題——“高

5、吸水性樹脂在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用技術(shù)”的研究，已經(jīng)過中試進入后期的應(yīng)用試驗階段。近年來國內(nèi)外引入了微波合成技術(shù)，使得高吸水性樹脂的合成有望實現(xiàn)清潔節(jié)能化工藝，并可降低生產(chǎn)成本，大規(guī)模推廣應(yīng)用前景光明。還有研究人員探索采用其他輔助技術(shù)，如丙烯酰胺固相超聲波法合成、7射線照射淀粉接枝丙烯酸C9J、紫外光引發(fā)淀粉接枝丙烯腈以及超臨界流體中的高吸水樹脂生產(chǎn)等。通過在吸水理論指導(dǎo)下進行分子設(shè)計和形狀設(shè)計，能得到比較優(yōu)化、高效且實用的高吸水材料。52淀粉類高吸水性樹脂的吸水機理研究2．1網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作用淀粉類高吸水性樹脂在結(jié)構(gòu)上含有大量的親水基團如羧基與酰胺基，并具有適當(dāng)?shù)娜S交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它的吸水，既有物理吸附，

6、又有化學(xué)吸附。當(dāng)高分子遇水時，親水基團與水分子進行水合作用，在高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成離子濃度差。即高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中有一定數(shù)量的親水離子，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，滲透壓作用使水分子向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)滲透。同理，如被吸附水中含有鹽時，滲透壓下降，吸水能力降低。高吸水性樹脂的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙越大，吸水率越高，反之，空隙越小，吸水率越低。進入樹脂內(nèi)的一部分水分子與其中親水基團締合成束縛水，另一部分則以“自由水”的形式存在。高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)限制了水分子的運動，故吸收的水在加壓下不會被擠出，顯示良好的吸水性能。2．2Flory公式及相轉(zhuǎn)變理論Flory在1953年運用彈性凝膠理論推出了高吸水性樹脂溶脹能

7、力的數(shù)學(xué)公式。該公式定量地給出了高吸水性樹脂的吸水倍率和交聯(lián)度、對水的親和力、外界離子強度、固定在樹脂上的電荷密度問的關(guān)系。由公式可知，交聯(lián)密度增加，樹脂的吸水能力降低，但樹脂必須有一定的交聯(lián)度，以保證樹脂只溶脹，不溶解。趙妍嫣等¨’根據(jù)高吸水性樹脂吸液過程中溶液電導(dǎo)率的變化及離子對高吸水樹脂吸液率的影響規(guī)律，推測靜電斥力和滲透壓是影響高吸水樹脂吸水的主要因素。在樹脂吸液飽和后，水凝膠的電導(dǎo)率仍大于溶液，但此