天然高吸水性树脂的制备

专论　天然高吸水性树脂的制备　贾红瑞　西北民族大学化工学院甘肃兰州　７３００３０　Ｉ摘要】对高吸水材料的发展、吸水机理、制备方法等进行了综述，　简单简绍了天然高分子淀粉系、纤维系素制备高吸水性树脂的工艺和方法，　最后对高吸水性材料的未来发展趋势进行了展望。　【关键词１高吸水性树脂；吸水机理；展望　（２）淀粉接枝丙烯酸类吸水剂的制备与工艺过程　这种制备和上面的方法基本相同，但是淀粉接枝丙烯酸吸水剂不　需要皂化水解过程。　（３）淀粉接枝丙烯酰胺类高吸水剂制备工艺　淀粉加入水中混合后，升温至５０　９５￣Ｃ下搅拌糊化，冷却至室温，充　氮排出系统中的氧气。加入单体、引发剂及交联剂，在３０　５℃下搅拌聚　合２　５ｈ。聚合后，经过滤，以水甲醇等洗净，减压干燥后，经粉碎得粉末　产品。　其他的还有淀粉接枝丙烯酸酯高吸水ｌ生树脂、淀粉接枝环氧化物、　淀粉接枝多种类型单体合成高吸水眭树脂、淀粉的醚化制备吸水剂等。　２．２纤维素系列　淀粉系超吸水剂的出现使人们联想到利用纤维素为原料制备超强　吸水性材料。纤维素原料来源　能与大量低分子物反应。天然纤维具　有很强的吸水性，一方面是由于它是亲水性的多羟基化合物，另一方面　因它是纤维状的物质，有许多毛细管，表面积大。　（１）羧甲基纤维素的交联　将取代度０．５５的羧甲基纤维素１２５ｇ、氢氧化钠３６．５ｇ、水１２９２ｇ混合　成均匀的溶液，加入环氧氯丙烷３７．５ｇ，在４０１３下反应２０ｈ后，用９０％的甲　醇溶液脱水、脱盐，得白色微粒状羧甲基纤维素交联的钠盐１３７ｇ。其吸　盐水倍率竟达９７ｇ／ｇ，吸血液６３ｇ／ｇ。　（２）纤维素黄原酸盐吸７ｋ＇ｌ￣材料的制备　先将纤维素用１８％　１９％的氢氧化钠溶液处理，制备出碱纤维素，然　后用压滤机压出过剩的碱及溶于碱中的多糖类。再用疏松机疏松后，放　入封闭的钢制容器中，在２３＂Ｃ下停放数日，预热。将碱纤维素装入转鼓　反应器中，使转鼓旋转，注入二硫化炭，其量为纤维素的３０％　５０％，经２ｈ　反应，形成橙色的纤维素黄原酸盐。再将５０ｇ黄原酸盐溶于５００ｍｌ的水　中，在热空气中于１５０￣Ｃ干燥２ｈ，可制得吸水性产品。　其他的方法还有接枝共聚方法。和淀粉接枝方法基本一样。　高吸水性高分子材料是指材料与水接触后可吸收其本身质量的几　百到上千倍的液体，且膨胀后形成的凝胶具有良好的保液性和耐候性。　２０世纪５Ｏ年代以前人类使用的吸水性材料主要为天然物质如海绵、纸　浆，但是这些材料吸水能力小，只能吸收自身百分之几至十几倍的水，尤　其是吸水后，加压易失水，即保水能力很差，因此应用受到极大的。　２０世纪６Ｏ年代后期美国农业部北方研究所的Ｇ．Ｆ．Ｆａｎｔａ高吸水的材料　开始研究和开发。并与１９６６年指出“淀粉衍生物的吸水性材料具有优越　的吸水能力，吸水后形成的彭润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水　分离，这些特性都超过以往的高分子材料”。２０世纪６Ｏ年代末至７Ｏ年代，　美国Ｇｒａｉｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ、Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｒｃｈ、Ｇｅｎｅｒａｌ　ｍｉｌｌｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ，日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司相继成功地　开发了高吸水性树脂。此后，德国、法国等世界各国对高吸水性材料的　品种、制造方法、性能和应用等进行了大量的研究工作。　天然的高分子材料比如淀粉、纤维素和壳聚糖由于分子链上具有　丰富的羟基和氨基等反应性官能团，而且无毒、可生物降解、原料来源　丰富，所以被广泛应用于高吸水性材料的原料。　１．高吸水性树脂的吸水结构及吸水理论　１．Ｉ吸水结构　高吸水性树脂是一种三维网络结构，它不溶于水而大量吸水膨胀　形成高含水凝胶。高吸水陛树脂的主要性能是具有吸水眭和保水性。要　具有这种特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定的网络结构，即　具有一定的交联度。吸水性基团极性越强，含量越多，吸水率越高，保水　性也越好。而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有　压力时水很容易脱去；交联度过高，虽然保水性好，但由于吸水空间减　少，使吸水率明显降低。　１．２吸水理论　从化学组成和分子结构分析可知，高吸水性树脂是分子中含有亲　水性基团和疏水陛基团的交联型高分子电解质。当亲水性基团与水分子　接触时会相互作用形成各种水合状态　疏水基部分因疏水作用而易于折　向内侧，形成局部不溶性的微粒结构，使进入网格的水分子由于极性作　用而局部冻结，失去活动性，形成“伪冻”结构。吸水前，高分子网络是　固态网束，未电离成离子对。当高吸水性树脂遇水时，亲水基与水分子　的水合作用，使高分子网束扩展，产生网内外离子浓度差，使网络结构　内外产生渗透压，水分子以渗透压作用向网络结构内渗透。水分子进入　网格后由于网格的弹性束缚，水分子的热运动受到，不易重新从网　格中溢出。　３．高吸水性材料的展望　３．１开发天然资源　目前制备高吸水性树脂使用的原料主要是由石油提炼合成的原　料及少量纤维素材料、淀粉及其衍生物。由于合成原料价格昂贵、纤维　素、淀粉等价格虽然较低，但开发应用与生产较少，而且价格也不断上　涨，故高吸水ｌ生树脂生产成本较高，要解决此问题，必须开发新的廉价　资源，广泛开发多糖类物质、蛋白质制备吸水剂是当今学术界研究的重　点。总之，开发天然资源、拓展吸７ＫＪ陛树脂的原料来源是开发新型吸水　性树脂、降低成本、提高质量的重要内容。　２．天然高吸水性树膳的种类及制备　３．２合成方法的改进　现在合成吸水性树脂成本较高。降低成本、改善性能、提高质量、　发展新型的吸水性树脂是未来发展的趋势。例如用反相微乳液法或微　乳液法合成的吸水性树脂由于微粒很细，可达到纳米级具有很大的比　表面积，不仅吸水能力高，而且吸水能力很快，用喷雾聚合法可得到性　２．１淀粉系列　能好，成本低的吸水剂等。　淀粉系列的主要包括淀粉接枝、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀　３。３超强吸水剂应用开发的研究　粉黄原酸盐等。　（１）加快农林园艺方面的研究，重点是加强开发在土壤改良、防　合成淀粉系超强吸水性树脂，所有原料为淀粉和单体。此外还利用　水、保水等方面的研究，特别是利用吸水剂改造沙漠具有重大的意义。　引发剂、交联剂、碱、分散剂、表面活性剂、洗涤剂的助剂。　（２）进一步开展医疗、医药、人工器官、生理卫生方面的研究，特别是医　药释放水凝胶材料，人工血管、人工尿管人工皮肤、人工肾等方面吸水　（１）淀粉接枝丙烯腈类超强吸水剂的制备工艺过程　　①淀粉的糊化与冷却　水与淀粉的配比一般１２　２０（质量比），糊化　性水凝胶材料的开发研究。（３）在各种建材中的应用，重点研究止水、温度６０　９０＂Ｃ，糊化时间０．５　２ｈ，冷却。②接枝聚合冷却后的淀粉液，　隔水、防漏材料，建筑物的防火、灭火材料等。　在聚合反应器中，通入氮气赶走反应器中的氧气，然后加入单体和催化　剂并搅拌，经过一定时间就发生放热反应，维持反应温度，直至反应终　止。③皂化、冷却反应后的接枝物加入碱，升温至８０　９０＂Ｃ下皂化水解　参考文献　［１】李建颖．高吸水与高吸油性树脂．北京：化学工业出版社，２００５　４￣６ｈ，水解冷却至室温。④中和、分离、洗涤水解后的产物粘度很大，然　［２】刘德荣等．化工新型材料，１　９９７，（４）　后用酸中和至ＰＨ为２　３，离心分离，洗涤干净，得到固体浆状接枝物。⑤干　［５］赵育．化工新型材料，１　９９５，（２）　燥、粉碎　３６８