第一节 高吸水树脂的定义
高吸水树脂是一种新型功能高分子材料。具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂,如淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等,一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分,最高的吸水率可达1000倍以上,一般作为医用材料,如尿布、卫生巾等,工业上亦用作堵漏材料。(可行性
研究)
第二节 高吸水树脂的主要作用
高吸水聚合物用途广泛,应用前景非常广阔。目前其主要用途仍然是卫生用品,约占市场总量的70%左右。由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大,并具有优异的保水性能,所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠,就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱能力,使土壤的透气性能增强。另外,由于高吸水树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能,所以又可作为新的包装材料。利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。在化妆品中加入少量的高吸水聚合物,还可使其乳液粘度增大,是一种理想的增稠剂。利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点,在工业上又可作为脱水剂。
由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点,近年来,已被广泛应用于医药领域。例如,用于含水量大、使用舒适的外用软膏;生产能吸收手术及外伤出血和分泌液,并可防止化脓的医用绷带及棉球;制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。
随着科学技术的发展,环境保护已越来越受到人们的关注。如果将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中,并将此袋浸入污水中,当袋子被溶解后,高吸水聚合物就可迅速地吸收液体而使污水固体化。
在电子工业中,高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。
总之,高吸水聚合物是一种用途非常广泛的高分子材料,大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。今年在我国北方大部分地区干旱少雨的情况下,如何进一步推广和使用高吸水聚合物,是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。在西部大开发战略实施过程中,在改良土壤的工作中,大力开发和应用高吸水聚合物的多种实用功能,具有现实的社会效益和潜在的经济效益。
第三节 高吸水树脂的分类
1.淀粉类
淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接枝共聚反应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的乙烯类单体。目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。
2.合成树脂系
它的种类很多,且随着
研究的深入,也越来越多。主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等,其中以丙烯酸类最重要。
3.纤维系类
由于淀粉系高吸水性树脂的出现,人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。纤维原料来源广泛,能与多种低分子反应,是近十年来高吸水树脂发展的一个方面。
4.有机-无机复合高吸水性树脂
20世纪80年代Pandurange等将高吸水性树脂与其他材料复合,发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。因此,有机-无机复合材料能得到迅速的发展,并在高吸水性树脂领域占据了重要位置。
第四节 高吸水树脂的应用前景
从我国的农业生产环境和生态恢复等客观条件来看,高吸水树脂市场前景良好,其原因如下:其一,近年来,全球干旱面积在扩大,在旱涝病虫害等灾害中,旱灾已经成为对农作物影响最大的天灾;其二,我国水资源紧缺,而且水资源分布不均匀。
高吸水树脂有巨大的市场需求,但没有在我国广泛应用其制约因素如下:
(一)理论吸水倍率高,实际使用效果差
在实际使用过程中,金属离子和环境的ph等因素对其吸水保水性能有显著影响。在纯水中高吸水树脂在高盐碱地区的实际使用过程中仅有几十倍甚至几倍的吸水能力。
(二)一次吸水倍率高,而反复使用性能差
高吸水倍率的树脂,因交联强度低,反复使用性能差,如粉末状的保水剂吸水后呈糊状,透气差,造成板结土壤;反复使用性能提高后,树脂的吸水倍率又较低,因此如何协调好二者之间的关系是需要进一步解决的关键。
(三)成本高,功能单一
目前高吸水性树脂的价格偏高,淀粉类一般具有较高的吸水倍率但是其耐盐碱性差,凝胶差,使用寿命短,纤维素类有良好的耐盐碱性,但是其吸水倍率差。所以农用高吸水树脂的高性能化、复合化和低成本成为未来
研究的发展方向。
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