淀粉类高吸水性树脂

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1、淀粉类高吸水性树脂摘要：讨论了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展，重点介绍了化学引发接枝聚合淀粉接枝丙烯腈类树脂、淀粉接枝丙烯酸类树脂、淀粉接枝多元单体类树脂、复合型淀粉接枝脂类树脂的研究现状，并指出了今后我国淀粉类高吸水性树脂的合成应该向以变性淀粉为原料、多元接枝共聚和制备复合型树脂的方向发展。高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料，它具有非常强的吸水能力，能吸收自身质量几十倍乃至几千倍的水，这是以往任何吸水材料无法比拟的。高吸水性树脂不但吸水能力强，而且保水能力非常高，吸水后，无论施加多大的压力也不脱水，因此又被称为高保水剂。由于高吸水性树脂既具有独特的

2、吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点，即有良好的加工性能和使用性能，因此，已广泛应用于农、林、园艺、医疗、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、美容、化妆、建材、生化技术、食品等领域。国内对高吸水性树脂的研究虽仅有20年的历史，但发展迅速，并已取得了一定的成果。高吸水性树脂可以通过溶液聚合、反相悬浮聚合、反相乳液聚合等方法制得。根据原料不同，高吸水性树脂主要分为淀粉、纤维素和人工合成三大系列。由于淀粉广泛存在于生物界，原料来源广泛，种类多，产量丰富，特别是我国农业产品资源极为丰富，而且它在生物降解和原料的再生性方面具有其他类树脂不可比拟的优越性。因此研究和开发淀粉类高吸水性树

3、脂有重要意义。本文主要介绍了淀粉类高吸水性树脂国内外发展状况、吸水机理及合成技术方面的研究进展。1国内外发展状况早在1961年，美国农业部北方研究所FantaGF等对以淀粉与丙烯腈为原料，通过铈盐引发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会社的增田房义研究了淀粉接枝丙烯酸钠共聚物超强吸水剂，并于1978年以IM一300代号投放市场，其吸水能力为300g／g，后来又研制出32—1000，吸水率达1000倍。当时日本的住友化学、明成化学等公司以不同的原料开发吸水性材料。此后世界各国对高吸水性树脂品种、性能和应用等方面进行了大量的研究，其中以美国和日本取得的成效最大

4、。我国的高吸水性树脂研制工作起步较晚，始于80年代，华南工学院张力田教授于1982年对国际上有关吸水性树脂所取得的成就作了综述，1988年我国开始有高吸水性树脂专利。从80年代开始至今对高吸水性树脂进行研究的单位和企业有30余家。如苏州大学以丙烯酸为主要原料，研制了粒径为1．57mm、吸水率为1500g／g左右的大粒径高吸水性树脂。李平、修国华等以丙烯酸钠聚合物为主要部分，在水性溶剂环己烷中经反相悬浮聚合反应制备了高吸水性聚丙烯酸钠，不仅对纯水，而且对盐水、人体尿等各种电解质水溶液也具有很强的吸水能力，并具有良好的凝胶强度及适宜的发粘感。目前北京轻工业学院等单位进行的“九五”重点课题——“高

5、吸水性树脂在农业上的应用技术”的研究，已经过中试进入后期的应用试验阶段。近年来国内外引入了微波合成技术，使得高吸水性树脂的合成有望实现清洁节能化工艺，并可降低生产成本，大规模推广应用前景光明。还有研究人员探索采用其他辅助技术，如丙烯酰胺固相超声波法合成、7射线照射淀粉接枝丙烯酸C9J、紫外光引发淀粉接枝丙烯腈以及超临界流体中的高吸水树脂生产等。通过在吸水理论指导下进行分子设计和形状设计，能得到比较优化、高效且实用的高吸水材料。52淀粉类高吸水性树脂的吸水机理研究2．1网状结构作用淀粉类高吸水性树脂在结构上含有大量的亲水基团如羧基与酰胺基，并具有适当的三维交联网状结构。它的吸水，既有物理吸附，

6、又有化学吸附。当高分子遇水时，亲水基团与水分子进行水合作用，在高分子网状结构内外形成离子浓度差。即高分子网状结构中有一定数量的亲水离子，使网状结构内外产生渗透压，渗透压作用使水分子向网状结构内渗透。同理，如被吸附水中含有盐时，渗透压下降，吸水能力降低。高吸水性树脂的三维空间网状结构的空隙越大，吸水率越高，反之，空隙越小，吸水率越低。进入树脂内的一部分水分子与其中亲水基团缔合成束缚水，另一部分则以“自由水”的形式存在。高分子网状结构限制了水分子的运动，故吸收的水在加压下不会被挤出，显示良好的吸水性能。2．2Flory公式及相转变理论Flory在1953年运用弹性凝胶理论推出了高吸水性树脂溶胀能

7、力的数学公式。该公式定量地给出了高吸水性树脂的吸水倍率和交联度、对水的亲和力、外界离子强度、固定在树脂上的电荷密度问的关系。由公式可知，交联密度增加，树脂的吸水能力降低，但树脂必须有一定的交联度，以保证树脂只溶胀，不溶解。赵妍嫣等¨’根据高吸水性树脂吸液过程中溶液电导率的变化及离子对高吸水树脂吸液率的影响规律，推测静电斥力和渗透压是影响高吸水树脂吸水的主要因素。在树脂吸液饱和后，水凝胶的电导率仍大于溶液，但此