楊夢晶 丁杰 陳曉蕾 李鎮(zhèn)伯(西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730124)

0 引言

吸水樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)，即吸水劑，是一種新型功能高分子材料，具備超強(qiáng)的吸水性和保水性，是當(dāng)今社會鉆研的熱門話題。水凝膠便是一個很好的例子，是由吸水劑吸水膨脹后得到的，一旦吸水就很難分離出來，即便加壓也很難做到。“吸水劑”這個定義于1950年在美國提出，自1960年至今，世界上多個國家和地區(qū)已對新型高分子吸水材料投入了大量的科學(xué)研究工作，并取得了相應(yīng)的成效，聚丙烯酸類吸水樹脂是目前最常用的一類吸水劑。吸水劑作為一種環(huán)保節(jié)能型材料已在農(nóng)林業(yè)，工業(yè)，醫(yī)藥，食品包裝等領(lǐng)域中大量的應(yīng)用。如今已發(fā)現(xiàn)了許多高分子吸水樹脂的制備工藝，譬如接枝共聚，交聯(lián)，嵌段共聚，乳液聚合以及懸浮聚合等。但傳統(tǒng)的聚丙烯酸吸水樹脂同樣存在很多不足之處，如耐鹽性差，吸水后的凝膠強(qiáng)度不夠，保水性能不夠好，降解性能差等缺點[1]。因而，對聚丙烯酸類吸水樹脂進(jìn)行改性成為材料科學(xué)研究的熱門。

1 傳統(tǒng)聚丙烯酸吸水樹脂的制備

王中華等[2]采用水溶液聚合法，以丙烯酸為單體，過硫酸鉀為引發(fā)劑，N,N-二甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，制備出聚丙烯酸吸水樹脂(表1)。

表1 聚丙烯酸吸水樹脂的最佳合成條件及成效

2 常用的聚丙烯酸類吸水樹脂的改性方法

2.1 蒙脫土改性聚丙烯酸類吸水樹脂

蒙脫土，即我們所熟悉的“萬能材料”礦物組分很多，同時具有諸多優(yōu)良的性質(zhì)，主要用于醫(yī)藥化工領(lǐng)域。李廷希等[3]采用水溶液聚合法，以丙烯酸，有機(jī)蒙脫土(OMMT)為單體，加入氫氧化鈉，以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，過硫酸鉀為引發(fā)劑，制得蒙脫土/丙烯酸高吸水性樹脂。對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征(紅外光譜，掃描電鏡法)，探究了原料的配比對產(chǎn)品吸水性能的影響，優(yōu)化了合成條件，結(jié)果顯示當(dāng)原料配比適當(dāng)時，吸水率最高可達(dá)到727g/g。劉平生等[4]則采用插層法，將丙烯酸插入到蒙脫土片層中，使片層分離，加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，以此制得納米分級高吸水性樹脂。對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征(傅里葉變換紅外，X 射線衍射)，結(jié)果如表2 所示，其吸水率和吸鹽率分別能達(dá)到1200g/g 和121g/g。

表2 蒙脫土改性聚丙烯酸類吸水樹脂的最佳合成條件及成效

2.2 高嶺土改性聚丙烯酸類吸水樹脂

高嶺土是一種非金屬礦產(chǎn)，其諸多優(yōu)良的性質(zhì)決定了它在造紙，陶瓷，化工，國防等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。張小紅等[5]采用反向懸浮聚合法，以丙烯酸為單體，高嶺土為填充劑，加入適量引發(fā)劑和交聯(lián)劑，制備得到聚丙烯酸鈉/高嶺土復(fù)合高吸水性樹脂，探究了聚合條件對產(chǎn)物性能得影響，結(jié)果如表3 所示，該復(fù)合吸水劑在吸水性和耐鹽性方面都有很大的提高。李杰[6]采用了水溶液聚合法，以丙烯酸為單體，加入適量高嶺土，引發(fā)劑和交聯(lián)劑，制得高嶺土/丙烯酸鹽復(fù)合高吸水樹脂，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征(紅外光譜，掃描電鏡，X 射線衍射，熱重分析)探究合成條件對產(chǎn)品性能得影響，結(jié)果表明在高嶺土添加量為丙烯酸質(zhì)量的10%的條件下，丙烯酸單體濃度為35%,交聯(lián)劑用量為單體質(zhì)量的0.015%,引發(fā)劑用量為單體質(zhì)量的0.25%，中和度為80%時，如表3 所示，其最高吸水倍率可達(dá)到728g/g，吸0.9%NaCl 溶液70.2g/g。

表3 高嶺土改性聚丙烯酸類吸水樹脂的最佳合成條件及成效

2.3 硅藻土改性聚丙烯酸類吸水樹脂

硅藻土(硅巖石)其主要的組成部分是古代的硅藻遺骸。硅藻土分布范圍廣，儲量豐富，提純方法繁多，并且具有優(yōu)良的吸水性，這一點可以很好的用于高分子吸水樹脂的改性。同時硅藻土具有許多其它優(yōu)良的性質(zhì)，比如無毒，較好的懸浮性，吸附性，可調(diào)節(jié)濕度等。正是由于這些優(yōu)良的性質(zhì)，使其在城市污水處理，工業(yè)填料，農(nóng)藥業(yè)，室內(nèi)裝修等方面廣泛應(yīng)用。王永鵬等[7]采用水溶液聚合法，以丙烯酸和硅藻土為單體，在合成過程中加入適量的引發(fā)劑和交聯(lián)劑，制備得到聚丙烯酸硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂，并測定其在鹽溶液中的吸水率，以及在不同溫度，不同時間下的保水率，結(jié)果如表4 所示。聚丙烯酸硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂在鹽溶液中的吸水率和保水率都有所提高，但保水率會受到溫度和時間的影響。

表4 聚丙烯酸硅藻土復(fù)合高吸水性樹脂在鹽溶液中的性能參數(shù)

2.4 淀粉接枝共聚改性聚丙烯酸類吸水樹脂

淀粉是高分子碳水化合物，屬于均多糖，物理性質(zhì)繁多，其化學(xué)性質(zhì)與葡萄糖沒有太大區(qū)別，淀粉的應(yīng)用十分廣泛，在生活中也很常見，利用其優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，在聚丙烯酸類吸水樹脂的改性方面取得了重大突破。張榮明等[8]在聚丙烯酸類吸水樹脂的合成方法之上在單體中加入非離子以及陽離子單體進(jìn)行接枝共聚，制備得到耐鹽性樹脂，并與普通樹脂比較，結(jié)果表明，耐鹽樹脂在不同鹽溶液中的吸水量比普通樹脂好很多，而且當(dāng)丙烯酸中和度控制在70%～80%時，吸水率最大，并且有較好的耐酸性，耐堿性和耐鹽性，同時還提高土壤的吸水和保濕性能，降低了土壤容重，調(diào)節(jié)空氣及熱量的分布。廖列文等[9]摒棄以往常用的淀粉與丙烯酸鈉接枝共聚的方法，以玉米淀粉和丙烯酸為單體，選擇過硫酸銨為引發(fā)劑，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，采用聚合與干燥一步合成淀粉接枝丙烯酸鈉超強(qiáng)吸水劑，通過一系列的性能測試，最終結(jié)果表明其生理鹽水加壓保水率可高達(dá)75%～90%，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)聚丙烯酸吸水樹脂。

3 結(jié)語

聚丙烯酸吸水樹脂的改性仍是當(dāng)今社會一大熱門的研究話題，經(jīng)蒙脫土，高嶺土，硅藻土和淀粉改性后的復(fù)合吸水樹脂在吸水性，保水性，耐鹽性等方面都有了很大的提高，除此以外還有秸稈，聚天冬氨酸等對聚丙烯酸吸水樹脂的改性，正是這些改性方法合成了各種復(fù)合吸水劑，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)聚丙烯酸吸水樹脂諸多性能上的缺點，使其能夠更為廣泛的應(yīng)用于各大領(lǐng)域。但或多或少還是存在一些問題，還有很多改性方面的問題值得我們研究，提升空間很大，應(yīng)用前景也很廣闊，相信在今后，聚丙烯酸類吸水樹脂會更加廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為人類的生產(chǎn)生活創(chuàng)造更多便利。