木质素基丙烯酸系吸水性树脂研究进展

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1、木质素基丙烯酸系吸水性树脂研究进展摘要：吸水性树脂是一种功能高分子材料，它具有很强的吸水性能。它由低分子物质经聚合合成的高聚物或者由高聚物经化学反应所制成。20世纪70年代后期以来，它的开发取得了巨大进展，在工业、农林业、医疗卫生、日常生活等领域得到广泛应用。本文总结了高吸水性树脂的发展历史，应用领域、分类与合成方法，高吸水性树脂的吸水机理和性能，分析了目前高吸水性树脂的研究与开发中存在的问题，阐明了木质素基吸水性树脂的研究意义。关键词：木质素；高吸水性树脂；丙烯酸；应用；合成方法1．引言吸水性物质与人类生活、生产及工作等息息相关。长期以来人们在水的取得、保存、利用和排除

2、中，使用了大量的吸水性物质，主要有人们日常生活使用的毛巾、餐巾、抹布等；医药卫生中使用的脱脂棉、纸尿布、卫生纸、卫生巾等；以及作为吸湿干燥用的硅胶、活性炭、氯化钙、氧化钙、硫酸、分子筛等。这些吸水材料多为天然物质或通过简单加工制得，也有通过化学反应而制成的。这些材料来源广泛，价格低廉；但吸水能力小，仅能吸收自身重量几倍到二十倍的水；且吸水后加压就易失水，保水能力非常差，远远不能满足人们的需求。因此，它们的应用受到了极大的限制，有待于开发性能更好的吸水性材料。超强吸水性树脂（SuperAbsorbentPolymer），简称SAP，是指通过水合作用能迅速地吸收自重几十倍乃至

3、上千倍[1-3]的液态水而呈凝胶状，在干燥的空气中可缓慢释放出所吸水分的一种轻度交联的高分子[1]。和一般的吸水性材料相比，SAP在吸水能力、保水能力、凝胶温度，热稳定性、化学稳定性、生理相溶性等方面均表现出较大的优越性。它不但吸水能力强，而且保水能力非常高，吸水后，无论加多大的压也不易脱水[4]，因此它又叫高保水剂。此类功能高分子材料，既具有独特的吸水能力和保水能力，同时又具有高分子材料的优点；有良好的加工性能和使用性能，它的优势是传统材料无法比拟的。它在生理卫生用品、医用材料、农林与园艺、农药、化肥、石油化工、日用化工、保险制品、食品工业、土木建筑、纺织品等领域获得了

4、广泛的应用引起了世界各国的高度重视[5-7]。尽管SAP的开发和研究只有进四十年的历史但是由于其优异的性能在社会各个领域都获得广泛的应用一直保持着良好的发展趋势，使其成为一个独立、新兴的科研领域。高吸水性树脂是化学节水技术中的重要化学制剂，也是用途广泛的化学节水制剂。高吸水性树脂在农林生产、食品医药、化工电器、医疗卫生等诸多方面，具有较广泛的应用发展前景。有专家认为，高吸水性树脂被称为继化肥、农药、地膜之后最有希望被农民接受的农用化学制品[8]。2．高吸水性树脂发展现状2.1高吸水性树脂在国外的发展状况高吸水性树脂的出现是1961年美国农业部北方研究所C.R.Russel

5、l等从淀粉接枝丙烯腈开始研究，其后G.F.Fanta等接着研究，于1966年首先指出“淀粉衍生物的吸水性树脂具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至也具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料”。该吸水树脂最初在亨克尔股份公司（Henkelcorporation）工业化成功，其商品名为SGP（StarchGraftPolymer）且首先应用在土壤改良、保水抗旱、育种保苗等方面，到1981年年产已达数千吨。而以后新的研究为吸水性材料开辟了一个崭新的领域。在这一时期，美国Hercules、NationalStarch、Ge

6、neralMillsChemical，日本住友化学、花王石咸、三洋化成工业等公司相继成功地开发了吸水性树脂。提出了改进方案并申请了相关专利，其中影响较大的是以甲醇—水混合体系作加压水解介质，不但可以降低水解体系粘度，而且可以提高水解速度，还有将含磺酸基的不饱和单体，丙烯腈一起与淀粉进行接枝共聚反应，制得了吸水量达到5000倍的高吸水性树脂[7，15]。1978年日本三洋化成工业公司开发出了淀粉-丙烯酸交联性单体接枝共聚反应的合成方法并于1979年以年产1000t的生产设备在名古屋投产。1939年德国化学家用乙炔合成了丙烯酸，1940年改进后的工艺在德国BASF公司完成了工

7、业化。1969年美国联碳公司（UCC）引进了英国BP公司丙烯氧化生产丙烯酸技术之后，该法已成为世界生产丙烯酸的主流。自此以后，丙烯酸工业取得了突飞猛进的发展，1989年生产力达到125万t/a，1994年世界生产总能力已达200万t/a，到2000年生产能力已超过300万t/a，但供应仍在呈现缺口。促使丙烯酸生产能力快速增长的主要原因之一是占丙烯酸最大耗量的高吸水性树脂的迅猛发展。全世界吸水性树脂供应情况[15]。1978年日本三洋化成公司担心淀粉一丙烯腈接枝共聚物高吸水性树脂残留的丙烯腈单体有毒，对人体不安全，提出了不同的方