超強(qiáng)吸水劑的應(yīng)用及展望

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)化工縱橫《comments＆Revlewslnc．I．》2003年第17卷第8期-圇量皿超強(qiáng)吸水劑的應(yīng)用及展望李成林(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱158105)摘要超強(qiáng)吸水劑是一種新型的功能高分子材料，由于它具有很強(qiáng)的吸水性和優(yōu)良的保水性，因而在工業(yè)、農(nóng)林、園藝及日常生活等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。介紹了超強(qiáng)吸水劑的研究狀況、吸水機(jī)理、制備方法、應(yīng)用現(xiàn)狀及展望。關(guān)鍵詞吸水劑防沙抗旱超強(qiáng)吸水劑是通過(guò)水合作用能迅速吸收比自身重?cái)?shù)百倍乃至千倍的液態(tài)水而呈凝膠狀的高分子功能材料，它的保水性也好，所吸收的水即使在高壓力下也Zi會(huì)溢出?。超強(qiáng)吸水劑是近幾十年發(fā)展

2、起來(lái)的一種功能高分子材料，具有三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既不溶于水也不溶于有機(jī)溶劑，可重復(fù)使用及吸氨、吸尿、吸血等。因此．近年來(lái)超強(qiáng)吸水劑已成為一種重要的醫(yī)用衛(wèi)生材料，在農(nóng)林、園藝、石油開(kāi)采、礦山開(kāi)采、日用化工、環(huán)境保護(hù)和食品加工等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。超強(qiáng)吸水劑開(kāi)發(fā)和研究是從1961年美國(guó)農(nóng)務(wù)省北方研究所c．R．Rissell等從淀粉接枝丙烯腈開(kāi)始研究，該超強(qiáng)吸水劑在亨克爾股份公司工業(yè)化成功，其商品名sGP(starchcr吐Polvmer)，從此引起了各國(guó)研究者的濃厚興趣。國(guó)外生產(chǎn)超強(qiáng)吸水劑的公司主要有美國(guó)crainPmcessinE公司、Gene蹦Millsche“

3、caI公司、Hercules公司、N8tionalstarch公司、三菱化學(xué)公司、日本住友、三洋、花王石堿和觸媒化學(xué)公司等。我國(guó)超強(qiáng)吸水劑的研究起步較晚。從20世紀(jì)80年代中期才開(kāi)始，現(xiàn)在先后有40多家單位從事這方面的研究．經(jīng)過(guò)近20年的研究，已取得了不少成果，已有許多專(zhuān)利成果和生產(chǎn)廠家。但是我國(guó)的產(chǎn)品同國(guó)外產(chǎn)品相比，無(wú)論從技術(shù)上還是從規(guī)模上都有較大差距，國(guó)內(nèi)高檔的吸水劑產(chǎn)品都依靠進(jìn)口。Ⅱ塑堡亟壅型鯉亟坐塑理超強(qiáng)吸水劑吸水后不僅可以吸收大量的水分，而且其保水性能也相當(dāng)強(qiáng)。超強(qiáng)吸水劑吸水后與水之間存在3種作用：①水分子與高分子電負(fù)性強(qiáng)的氧原子形成氧鍵結(jié)合；②水分子與疏水

4、基團(tuán)的相互作用；③水分子與親水基團(tuán)的相互作用。聚丙烯酸系超強(qiáng)吸水劑的吸水機(jī)理是：超強(qiáng)吸水劑在水溶液中，吸收水分子與交聯(lián)聚合物的cOO№基團(tuán)發(fā)生水合，解離出了大量的陽(yáng)離子，陽(yáng)離子做相對(duì)自由的運(yùn)動(dòng)，而解離出的聚合物離子則處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這兩者問(wèn)存在很強(qiáng)的靜電斥力，可以使聚合物鏈的伸展并聚終導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在空間上的擴(kuò)張，水分子與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中解離出離子水合，水合后，構(gòu)成了與自由水不相同的環(huán)境，內(nèi)外存在很強(qiáng)的滲透壓。這種滲透壓的作用，周?chē)肿涌梢猿掷m(xù)進(jìn)人交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)巾，導(dǎo)致了聚電解質(zhì)具有很強(qiáng)的吸水能力。這種吸水、溶脹的趨勢(shì)不是無(wú)限的，其擴(kuò)張和吸水的程度，取決于聚丙烯酸聚合

5、物內(nèi)部的交聯(lián)狀況。當(dāng)交聯(lián)的聚丙烯酸(鹽)達(dá)到了空間擴(kuò)展最大區(qū)域后，高分子產(chǎn)生的彈性阻力成為其吸水的主要障礙因素，兩種相反岡索達(dá)到平衡后，達(dá)到吸水飽和階段。這種解釋只是對(duì)超強(qiáng)吸水劑的吸水機(jī)理的定性解釋。吸水劑的吸水機(jī)理最流行的理論解釋可以采用FLORY晶格理論。目塑塑夔查型笪型魚(yú)立羹主要有水溶液法和反相懸浮聚臺(tái)法。水溶液法制備聚丙烯酸系超強(qiáng)吸水劑是最常用的方法，目前罔內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)都是采用該法。水溶液法制備聚丙烯酸超強(qiáng)吸水劑的特點(diǎn)是：過(guò)程簡(jiǎn)單，既可間歇，也可連續(xù)生產(chǎn)，成本低，采用水為反應(yīng)溶劑，對(duì)環(huán)境污染較少。但是產(chǎn)率較低，聚合速度慢，產(chǎn)品性能欠佳，產(chǎn)品后處理困難。反相懸浮

6、聚合法制備聚雨烯酸超強(qiáng)吸水劑是最近才興起的一種制備方法．反相懸浮聚合法與水溶液法相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)容易控制，產(chǎn)物為小顆粒狀，后處理方便，產(chǎn)品性能極佳等。但是由于反相懸浮聚臺(tái)法采用有機(jī)溶劑為油相，對(duì)環(huán)境有一定的影響。我國(guó)和歐美等國(guó)的聚丙烯酸超強(qiáng)吸水劑——o——萬(wàn)方數(shù)據(jù)的制錛主要以水溶液法為主，日本是采用反相懸浮聚合法為多。日塑強(qiáng)隧查型盟墮旦3．1衛(wèi)生材料的應(yīng)用”J超強(qiáng)吸水劑在衛(wèi)生材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)最早，也最成熟。主要用于生理衛(wèi)生用品和嬰兒尿布。日本最先將超強(qiáng)吸水劑用于衛(wèi)生巾，由于衛(wèi)生巾薄而舒適，且吸收性能大幅度提高，受到女性的普遍歡迎。據(jù)報(bào)道，以衛(wèi)生巾為倒，加人O

7、．4E超強(qiáng)吸水劑，吸水能力提高3％，保水能力提高8％。超強(qiáng)吸水劑還可用于一次性餐巾紙、紙帕、防腳臭鞋墊及廚房抹布等。3．2農(nóng)林及園藝的應(yīng)用很早以前就有人利用水溶性高分子于土壤結(jié)合，改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加透水性、透氣性以達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。超強(qiáng)吸水劑問(wèn)世后，許多研究者用它與土壤結(jié)合改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、改善土壤的保水性能和保溫性能，這樣既有利于作物生長(zhǎng)，又可節(jié)約灌溉用水、減少灌溉次數(shù)。日本鳥(niǎo)取大學(xué)砂丘利用研究組在砂地20cm深處放一層含有0．1％一03％吸水樹(shù)脂做保水劑的砂土，種植菠菜等5種蔬菜，對(duì)比試驗(yàn)表明，使用保水劑可提高2～3倍的收獲量，并明