学文网摘 要 高吸水性树脂是一种带有强亲水性基团的具有空间网状立体结构的功能高分子材料，具有优异的保湿性能。高吸水性树脂是由强亲水性基团（如羧基、羟基、磺酸基、酞胺基等）三维网状结构的分子链上组成。在未来几年高吸水性树脂市场占有率规模将以年均增长5%的速度年加快发展，然而而发展中国家的发展速度将远远的高于世界平均水平。
关键词 高吸水性；树脂；吸水机理
中***分类号TU5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0140-02
1神奇的功能高分子材料―高吸水性树脂
高吸水性树脂（SAR）又称高吸水性聚合物（SAP）是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团的/水溶胀型的、含有一定的交联度的高分子聚合物。高吸水性树脂既不溶于水，也不溶于有机溶剂，但是具有奇特的吸水能力和保水能力，同时又具备功能型高分子的特点。它能够吸收并保持自身重量数百倍乃至数千倍的水分，或吸收并保持数十倍的盐水，即使加压的状态下也很难把水分离出来。这是因为它的分子结构上带有大量的强亲水性的基团，而这些化学基团又可形成各种相应的吸收和保持水分的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。
2高吸水性树脂吸水机理的研究与发展
高吸水性树脂吸水，首先是离子型的亲水性基团在水分子的作用下开始解离，与此同时阴离子仍然固定在高分子链上，已经解离的可移动的阳离子在树脂内部维持电中性。由于高分子骨架的网状结构具有高弹性，因而可容纳大量的水分子，当高分子网状结构交联密度较大时，高吸水性树脂分子链的延展性受到制约，导致吸水率下降。随着离解过程的逐步进行，高分子骨架上的阴离子数量逐渐增多，同种离子之间的静电排斥力使树脂溶胀。与此同时树脂内部的阳离子浓度逐渐增大，在聚合物骨架结构内外溶液之间形成离子浓度差，离子浓度渗透压的产生，使水分子能够进一步进入聚合物内部。当离子浓度差提供的动力不能小于聚合物交联结构及分子链间的相互作用的阻力时，高吸水性树脂吸水度达到了饱和状态。
关于高吸水性树脂的吸水理论中最具权威代表性的是Flory的热力学理论和Omidian等的关于吸水动力学理论。
Flory-Huggins的热力学理论：Flory深入研究空间网状的交联型高分子在水中的膨胀机理后，从聚合物内外离子浓度差产生渗透压作为出发点，导出了高吸水性树脂达到溶胀平衡时的最大吸水倍数。
吸水动力学理论：Omidian等认为高吸水性树脂在吸收水分时，一方面水分子向高吸水性树脂骨架的内部扩散；另一方面作为吸水剂的高分子彼此分离、逐渐延展。高吸水性树脂的吸水速率主要取决于水向树脂内部扩散速率和高分子链自身的扩展的速率。他综合运用聚合物机理黏弹理论的Voigt模型来定量解释高吸水性树脂的溶胀过程中吸水速率随着时间的延长而吸水速率迅速下降的现象，得出了吸水倍率与吸水时间的函数相关关系。
3高吸水性树脂的发展历程
1961年，美国农业部北方的研究所C.R.Rissell等各位专家开始着手研究利用淀粉接枝丙烯腈。
1966年，G.F.Fanta等指出“淀粉衍生物具有吸水性，吸水后形成的凝胶体有很强的保水性能，即使在高压状态下淀粉衍生物与水也不能分离”。
1974年，G.F.Fanta等将糊化淀粉―丙烯腈接枝共聚，然后进行一定程度的水解，最后制成高吸水性树脂，并成功地实现了工业化生产。
1975年，美国Grain Proeessing公司成功制备淀粉―聚丙烯腈系高吸水性树脂，并开始进入市场，扩大占有率。从此高吸水性树脂已经逐步形成了一个***、新兴的高分子材料的应用领域。
4高吸水性树脂市场被长期看好
目前国内高吸水性树脂生产技术商业化程度尚未达成一定的规模，研究开发还不能很好的与工业化量产相结合，从而致使了现在市场上的国外高吸水性树脂生产技术和产品占据较大的优势，今后我国需加强高吸水性树脂的产业技术开发和生产应用。
1） 医疗领域的应用
高吸水性树脂可以作为医药缓释药物的骨架材料，它的优势是可以通过调节分子的结构，从而控制高分子骨架附着药物的释放速度。目前广泛使用的巴布剂就是采用了高吸水性树脂的亲水性高分子作为药物载体材料，由此制成的新型粘贴性医疗用品更容易从患者皮肤上揭下，并且无残留、无痛苦，药物的储量比传统医疗用品更大，完全可以代替采用毒性铅丹膏的传统中药制剂性“狗皮膏药”。
2）农林园艺方面的应用
在改造治理沙漠、防止水土流失、提高干旱和半干旱地区土地的可耕作性方面，高吸水性树脂也作出了一定的贡献。在农业上应用高吸水性树脂可以使土壤形成一定独特的团粒结构，从而提高干旱和半干旱土壤的透水性和透气性，也降低了土壤昼夜温差。应用于农业的高吸水性树脂可以是薄膜状的、凝胶状的和泡沫状的，高吸水性树脂在吸水分后，水分将保存于苗床下面的适当位置。吸水的树脂利用特有的毛细作用，逐渐提供水分供给植物，从而可以实现水分缓释作用。高吸水性树脂的节水保水作用、抗旱保苗优势、改良土壤的特质、促进植物生长的特殊性能，受到越来越多的农民和科技工作者的广泛关注。
3）通讯领域方面的应用
现代通讯技术，一般采用光纤作为信息载体。但是光纤对含有羟基的化学物质相当的敏感，这极大削弱了光传导的信息和能量，从而降低和缩短光信号的传递距离。有羟基的亲水性物质在毛细作用下会在光缆中以很高速度的迁移能力纵向渗入，从而传输光缆遭受严重的破坏。高吸水性树脂粉末作为“阻水带”夹在两层非常薄的无纺布中间，局部光缆被破坏损伤后，当亲水性物质进入时，阻水带中的高吸水性树脂粉末会在亲水性物质的作用下迅速膨胀压紧光缆线组之间的空隙，将水迁移的毛细通道阻断。高吸水性树脂在光缆中应用完美解决了这个曾经限制光缆应用的技术难题。
参考文献
[1]蒋正武.调湿材料的研究进展[J].材料导报，2006，20（10）： 8-11.
[2]李鑫，李忠，韦利飞，等.除湿材料研究进展[J].化工进展，2004，23（8）： 811-814.
[3]邹新禧. 超强吸水剂[M]. 北京：化学工业出版社， 2002.
[4]VOGT B D，SOLES C L，LEE H J.Moisture Absorption and Absorption Kinetics in Polyelectrolyte Films： Influence of Film Thickness[J].Langmuir，2004，20（4）：1453-1458.
[5]杨淑蕙植物纤维化学[M].北京：中国轻工业出版社，2001，182-206.
[6]高洁，汤烈贵纤维素科学[M].北京：科学出版社，1996：53-82.
[7]陈雪萍，翁志学.高吸水性树脂的研究进展和应用[J].北工生产与技术，2000，7（1）：17-18.
[8]OSAFUNE-CHO R N.Moisture-absorbing and Desorbing Polymer and Compositions：US，6429265[P]. 2002-08-06.
转载请注明出处学文网 » 高吸水性树脂的发展与应用