淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸水机理与应用

淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂谈高吸水性树脂的吸

水机理与应用

高吸水树脂简称SAP,又叫超强吸水剂，在农业上被称为保水剂。 吸液率可高达自身重量的数十倍、百倍乃至数千倍，与传统的吸水材 料不同，它具有很多的特殊能力：(1)吸收水的速度非常快，吸水 的质量也可以在数十秒内达自身重量的几百倍；(2)吸水后能形成强 度较好的凝胶；(3)吸水量大；(4)吸收后的水分很难失去，吸水 后便具有足够的保水性；(5)具有成本低，效益高，使用简的优良性 质。？但高吸水性树脂也存在一些弱点，其中最突出的是树脂耐盐性 比较差，尤其是离子型的树脂。而实际应用中，几乎都在离子溶液中， 因此提高吸水性树脂的耐盐能力具有重要实际意义。高吸水性树脂可 分为离子型与非离子型两种。离子型吸水能力强，抗盐性较差；非离 子型抗盐性好，吸水能力較差。为进一步发展高吸水性树脂多方面的 能力，在其研究的内容上又有所增加：1、选择淀粉接枝丙烯酸、2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的研究;用淀粉替代部分有机单体， 以降低原料的费用；加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以增强产品的耐 盐性能。2、单体浓度、聚合工艺的研究；主要包括淀粉与单体接 枝共聚反应规律的研究，如单体中和度，交联剂的选择及用量，单体 配比，反应时间等；以及这些工艺参数对吸水性能的影响。同时研究 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对高吸水树脂抗盐性能的影响。通过研究 试图增强高吸水性树脂的耐盐性。实验通常采用水溶液法制备高吸 水性树脂，工艺简单，工艺条件易于控制；制备的产品成本较低，质 量较好；加入增强高吸水性树脂耐盐性能的单体AMPS，改善树脂的 性能。

一、高吸水性树脂的吸水机理。

直到现今，专业人员对高吸水树脂的吸收水分的性能与吸水树脂 分子结构的相互关系以及吸水树脂其吸水机理的认识还十分之不全 而，他们现阶段提出的观点还停留在吸水树脂的结构阐述问题上。

对于交联结构对吸水树脂的吸水机理的影响，目前为人们所接受 的理论有两个，其一是高吸水树脂的吸水过程是由离子浓度差所产生 的动力引起的，高吸水性树脂聚合物是一种高分子电解质聚合物，它 在水及其它极性溶剂中能电离，之后便产生了离子间相互作用，从而 使得高分子聚合物出现溶胀。其二是络结构理论：大多数高吸水树脂 聚合物都呈现为三维网络结构，在网络中存在大量的离子基团，当水 分子进入其三维网状结构后便立即与这些离子键相结合从而被吸附, 因其网络具有弹性，从而可以吸收大量的水分子。在进行吸水的过程 中，当吸水量增加时，离子浓度差所提供的驱动力不足以克服聚合物 交联结构或分子链间的相互作用。若交联的密度较小，吸水树脂聚合 物没有形成空间的三维网状结构，突出表现为水溶性，所以吸水率低。 当交联度有所增加时，吸水树脂聚合物的网络结构形成，吸水树脂聚 合物吸水率提高。吸水的能力主要受电解质浓度、树脂的亲水性和交 联度的影响。？当交联密度增加时，吸水的倍率有所下降，水溶液中 的各种离子强度越高，其吸水的倍率将变得越小。所以在酸、碱、盐 等电解质溶液中树脂的吸水能力一定会显著下降。

增加树脂分子链的电荷密度和亲水性都有利于提高吸水倍率，但 经常因为实际测定吸水倍率的过程中存在较大误差，使之与理论值不 同。比起非电解质的吸水性树脂，电解质吸水树脂的吸水能力相对 较弱，

并不具有高吸水性能；当吸水树脂吸收盐水的时候，由于盐水 的离子强度远高于淡水，因此吸水能力将明显下降。

如果高分子网状结构当中存在了一定量的亲水离子，网状结构的 内外压强变化，产生渗透压，水分子以渗透压作用向网状结构的内部 渗透。当被吸附的水中含有盐，则渗透压将会下降，导致吸水能力的 降低。因此，高分子聚合物内网状结构的亲水基离子是不可缺少的, 它起着张网的作用，同时也导致产生了渗透功能，高吸水性树脂高聚 物能够完成吸水全过程的动力是亲水离子对，高分子网状结构特有的 水合离子是高吸水性树脂加快吸水速度、提高吸水能力的另外一个因 素。

二、 影响吸水性的因素

各种高吸水性树脂其吸水能力主要与下列因素有关：高吸水性树 脂木身的交联度、树脂粒径和外部溶液的性质等。树脂交联度增加， 树脂的吸水能力降低，但树脂必须具在一定的交联度，否则树脂在可 能溶解；高吸水性树脂粒径影响吸水的能力，粒径越小，吸水率越高。 高吸水性树脂的吸水性能还会受到溶液离子强度和外部溶液的pH值 的影响。

三、 高吸水性树脂的分类

高吸水性树脂可按亲水化方法、原料、制品形态和交联方法不同 而分类。从原料来源可分为三大系列：纤维系；淀粉系；合成树脂 系。如果按交联方法的不同可将高吸水性树脂分为：用交联剂进行网 状化反应；放射线照射网状化反应；自交联网状化反应；水溶性聚合 物导入的疏水基或结晶结构等四类产物。高吸水性树脂聚合物从亲水 化方法上可以分四类：亲水性单体聚合物；疏水性单体聚合物；亲水 性单体与疏水性聚合物的接枝共聚物；酯基、睛基等聚合物的水解产 物。高吸水性树脂聚合物按制品形态可以分为：膜状、粉末状、纤维 状等。

四、 高吸水性树脂的应用

高吸水性树脂聚合物的优良特性让其具有了广阔的市场应用前 景。目前开发的重点放在保水性、吸水性以及对外界刺激的应答性等 方而。(1)在园艺农林中的开发应用。(2)在医药、医疗以及生理 卫生方而的应用。(3)在建筑方而的应用。(4)在矿山工业、石油 工业、环保工业、冶金工业、日用化学品工业等领域应用等。