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1、第4卷第4期石河子大学学报(自然科学版)Vol.4No.42000年12月JournalofShiheziUniversity(NaturalScience)Dec.2000X高分子吸水树脂的合成与应用韦文珍,张玲,李炳奇(石河子大学师范学院化学系,石河子832003)提要:介绍了高分子吸水树脂的结构特点、性能、吸水机理及制备方法,并综述了它在日用化学工业方面的应用。关键词:材料;吸水剂;高分子吸水树脂中图分类号:O63512文献标识码:A文章编号:100727383(2000)0420341204高分子吸水树脂是一种新型功能性高分子材料。它首先由美国和日本于70年代中期研
2、制成功。其特点是,具有非常大的吸水量,具有不同于脱脂棉、海棉、吸水纸等通用吸水材料的吸水机理。因而自研制成功以来,高分子吸水树脂受到了世界各国的高度重视,发展极为迅速,世界范围内的需求量逐年递增,其应用领域也在逐步扩大,过去主要用在个人卫生用品方面,而今已扩展到医用材料、缓释农药、土壤保湿剂、食品干燥剂、保鲜剂及化妆品中,其开发应用前景十分广阔。1高分子吸水树脂的特点及性能以往的吸水性材料,如海绵、吸水纸、脱脂棉等,吸水量最大也只能达到自身重量的20倍左右,且在受挤压后吸附的水易被挤出。而高分子吸水树脂是一类高分子电解质,[1]如交联聚丙烯酸钠吸水剂,其结构中因含有羧基、羰
3、基、羧酸根、亚氨基等极性基团,故其亲水性极强,且聚合物的骨架又是一个适度交联的网状结构,带有负电荷,因而属高分子电解质。其它高分子吸水剂的结构中同样都含有极性基团及阴离子或阳离子,如聚丙烯酸盐树脂、聚丙烯腈类树脂、淀粉—丙烯酸共聚物树脂、羧甲基纤维素交联物等等,因而它们在吸水过程中会发生电离而引起同类电荷基团的相互排斥,树脂骨架膨胀,同时与水[2～4]发生化学反应,最终生成凝胶状物质。所以,吸水后的高分子树脂在受压后,水不会从高分子中释放出来,且其吸水速度相当快,吸水量可在几分钟甚至几秒内达自身重量的几百倍。如淀粉—丙烯腈接枝共聚物,其吸水量可达自身重量的300～1200倍
4、,淀粉—丙烯酸共聚物的可达300～1400倍,聚丙烯酸盐树脂的可达300～1000倍。另外,高分子吸水树脂还具有缓释作用、吸附作用、吸湿放湿作用及能够成膜、稳定性好的特点,使其在日用化学工业中有着独特的作用。2高分子吸水树脂的合成高分子吸水树脂属新型功能性材料,其合成工艺属新技能性知识,有关其合成工艺和X收稿日期:2000204212第4期韦文珍,等:高分子吸水树脂的合成与应用339工艺参数对树脂吸水能力的影响等方面的研究尚处于起步阶段。目前,高分子吸水树脂的合成主要有两种途径,即接枝共聚法和交联法。211接枝共聚该法主要是利用天然的多羟基物质(淀粉、纤维素等)与乙烯基单体
5、进行接枝共聚,是近年来研究较多的合成吸水树脂的方法。最早合成的吸水树脂的实例是淀粉与丙烯腈在硝酸铈盐引发下的接枝共聚物,该共聚物吸水性能不好,必须在碱性条件下加压水解,将—CN转变成亲水性的羧基、羧酸盐基、酰胺基等基团后才具有较好的吸水能力。因此,用该法合成的树脂工艺过程长而且复杂,加压水解过程因物料粘度大而使操作控制困难。为此,人们又采用水—甲醇混合物作溶剂,或直接选用含亲水性基团(羧基、羧酸盐基、酰胺基)的乙烯基单体与淀粉等天然羟基物质进行接枝共聚来制备吸水树脂。用水—甲醇混合物作溶剂制备的吸水树脂,虽可以解决体系粘度大和操作控制困难的问题,但会影响树脂的吸水能力;而直
6、接选用含亲水性基团的乙烯基单体与多羟基物质接枝共聚制备吸水树脂,可以简化工艺,不需要进行加压水解。如淀粉—丙烯酸—丙烯酸钠接枝共聚物吸水树脂即是采用该法合成。目前,我国大连合成纤维研究所也已用该法合成了此种吸水[5]性树脂,并研究了树脂交联度等对其吸水能力的影响。其化学反应式如下:从目前合成高分子吸水树脂的应用情况看,以交联聚丙烯酸钠系列最多。该类吸水[1]树脂的结构形式表示如下:OStarch+nCH2CHCO(Na)x+交联剂OONaOHCH2CHCOHCH2CHCO(Na)x部分中和COONaStarch`CH2CHcn(i-x)`CHcy`CH2CHcnx-y-CO
7、OHCOO交联剂-COOStarch`CH2CHcn(i-x)`CHcy`CH2CHcnx-yCOOHCOONa212交联法该类吸水树脂的主要特点为:1)聚合物中含有羧基、羧酸根、羰基、亚氨基等极性基团。故其亲水性很强。2)聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,带有负电荷,属一种高分子电解质。3)从官能团间距离看,有形成五、六、七元环螯合物的可能性,为一种螯合剂。由结构分析看出,不同的合成条件对结构有不同的影响,相应的性能也会产生一定的[6,7]变化。另外,其合成工艺表明,当交联剂用量增大5倍,则吸水能力会降低1倍
