關于高吸水性樹脂的研究與應用

  摘 要:高吸水性樹脂廣泛地應用于各個行業領域,在經濟建設中起著舉足輕重的作用。本文主要介紹了高吸水性樹脂的研究方向和研究領域,以及高吸水性樹脂在各個行業的應用與作用,并展望了高吸水性樹脂的未來發展方向。
  關鍵詞:高吸水 高分子 樹脂 研究
  高吸水性樹脂(SAP)是一種新型功能高分子材料。它是具有親水基團、能大量吸收水分而溶脹又能保持住水分不外流的合成樹脂,一般可以吸收相當于樹脂體積100倍以上的水分,高的吸水率可達1000%以上。SAP的優良特性決定了它具有廣闊的應用前景,一般在醫用材料、工業、建筑行業、輕工業、食品以及日用品等方面應用比較廣泛。
  一、高吸水性樹脂的研究方向
  高吸水性樹脂的研究主要是從吸水率、吸水速度、凝膠強度三個方面進行研究。通過改進樹脂粒子的形狀,增大比表面積,可以提高其吸水率。離子型的高吸水性樹脂,如聚丙烯酸鹽,由于同離子屏蔽效應造成其耐鹽性差,通過于非離子型單體共聚,可以提高其耐鹽性。復合吸水材料是改進吸水性樹脂凝膠強度的新方法。為了提高吸水性樹脂的吸水性能,廣大科研工作者已經做了大量工作,不斷優化和改進已有的合成體系,同時還在努力探索新的聚合方法和聚合體系。
  高性能化、復合化和低成本的農用高吸水性樹脂是未來研究的發展方向。我國的研究起步較晚,尚未形成規模生產能力,因此未來在研究和應用高吸水性樹脂主要加強以下幾個方面的工作:
  1.加強其制備方法的研究:它的綜合性能的改善取決于多種因素,但制備方法的研究非常重要。反應原料不同的聚合工藝或采用相同的反應原料而不同的合成手段,其產物的性能有較大差別。
  2.加強有機-無機復合研究:復合化是改進樹脂吸水性能和強度的新方法。樹脂可易于無機物、有機物復合,制備出性能優良,成本低廉的吸水材料,其兼有多種性能。
  3.加強多功能的研究:目前在農業應用中,單一用高吸水性樹脂很難發揮作用,需要與各種肥料抗旱劑和微量元素配合使用,以提高土壤的保水抗旱能力和肥力。
  二、高吸水性樹脂的應用
  高吸水樹脂的優良特性決定了它具有廣闊的應用前景。目前高吸水性樹脂的應用領域在逐步擴大,隨著高吸水性樹脂在醫用材料、工業、建筑行業、輕工業、食品以及日用品等行業的廣泛應用,使得高吸水性樹脂具有良好的發展前景。
  1.在沙漠治理方面及農林園藝的應用
  大量研究表明,土壤中加入一定濃度的高吸水性樹脂能加強土壤對水的吸收能力并能抑制土壤水分的蒸發而且可以保持土壤結構的穩定性。同時,高吸水性樹脂可以改進植物的生長情況,對農作物產量的產生影響。
  高吸水性樹脂不但吸水性、保水性極佳,而且可以改良土壤的團粒結構,縮小土壤白天和晚上的溫差,同時還能吸收肥料、農藥,防止肥料、農藥以及水土流失,并使肥料、農藥、水緩慢放出,增強肥料、農藥效果,以及大大增強抗旱效果,明顯地減少灌溉費用。高吸水性樹脂的出現,給沙漠變綠洲帶來了新的希望。很多進行的相關研究表明,把高吸水性樹脂用作土壤保水劑來治理沙漠是一項行之有效的方法,各國將吸水樹脂用于沙漠治理都取得了顯著的效果。
  目前,高吸水性樹脂在農藝園林方面的應用還非常有限,主要是因為它的成本較高而且在土壤中的吸水能力不夠,反復使用性較差。高吸水性樹脂在這方面的應用還具有較大的潛力,今后應重點開發高吸水、保水并能反復使用而且成本較低的高吸水性樹脂。并應進一步加強利用高吸水性樹脂改良干旱貧瘠土壤,特別是改造沙漠方面的研究。
  2.在醫療衛生方面的應用
  高吸水性樹脂在生物體中的適應性已經有不少的學者進行過這方面的研究,結果表明某些合成和半合成的高吸水性物質,具有一定的生物適應性。利用高吸水性材料具有極強的吸水性和保水性,可制成和生物體含水量相近的各種組織材料,而且醫藥高吸水性材料吸水后形成的凝膠比較柔軟,具有人體適應性,如對人體無刺激性、無副反應、不發生炎癥、不引起血液凝固等,這些都為其在醫藥上的應用創造了條件。
  高吸水性材料可用于制備能吸收手術及外傷出血和分泌液,并可防止化膿的醫用繃帶、棉球和紗布等;用于制造人工玻璃體、人工角膜、人工皮膚、人工血管、人工肝臟、人工腎臟等人工器官。其次,高吸水性樹脂在生理衛生用品方面的應用也是比較成熟的一個領域。在醫療醫藥方面今后應加強利用高吸水性樹脂制備醫藥釋放水凝膠材料及人工器官的研究。在生理衛生方面今后應重點加強利用高吸水性樹脂使生理衛生材料更加小型化、輕便化、舒適化的開發研究。
  3.在工業上的應用
  高吸水性樹脂在工業中的應用非常多,包括石油工業、礦山工業、冶金工業、環保工業、日用化學品工業、食品工業等。如在石油工業中用作油田處理劑、油水分離劑、油田勘探中用作鉆頭的潤滑劑、泥漿的凝膠劑.。在礦山工業中作為膨潤性堵水劑、作為地基加固劑、作為無聲膨脹炸藥、作為管道物料輸送防離析劑、作為露天礦路面抑塵劑、作為煤和硫化礦石自燃的阻燃滅火劑、作為炸藥水泥防潮劑等。
  在環保工業中,人們開始研究用高吸水性樹脂來處理污水,SAP可迅速吸收液體而使污水固體化。另外高吸水性樹脂對重金屬離子的吸附能力很強,可處理重金屬離子溶液以便回收貴重金屬,因此對于冶金、工礦污水、電鍍廢水等的處理,回收利用有十分重要的價值。隨著高吸水劑研究工作的不斷深入,以及產品的多樣化和綜合性能的日益完善,高吸水性樹脂在工業上將會被越來越廣泛的應用。
  4.在建筑及其它方面的應用
  除此之外,高吸水性樹脂還有很多用途,如在建筑材料中可用作止水,隔水材料;制作吸水性衣料、酶的提純和固定、藥劑的回收、溶液的分離、太陽能的利用、人造雪的制造、放射性物質的處理、鑄造用的黏結劑、礦石的小顆?;瘎⒚旱某尚蛣?、靜電防止劑、電池陽極凝膠化劑、纖維制冷系統等。
  三、高吸水性樹脂的展望
  高吸水性樹脂是一類具有實用價值的功能高分子材料,隨著高吸水性樹脂的不斷開發,應用領域的不斷擴大,新生產工藝的不斷更新,高吸水性樹脂發展方向應著重以下幾個方面:
  1.應盡快使吸水率、吸水速率測定的方法標準化, 使各類樹脂可以進行優劣比較。
  2.盡快使高吸水性樹脂的實驗室合成技術向工業化生產轉化,采用新的引發方法,特別是微波輻射方法、紫外輻射方法和超聲輻射法,并實現其工業生產,是目前研究的熱點之一。
  3.開發新的種類, 進一步提高吸水性和吸水速率, 尤其是提高含離子水的吸水能力。
  4.加快高吸水性樹脂在農業方面的研究與應用,開發抗鹽性好的高吸水性樹脂,擴大使用范圍。
  5.加快基礎理論的研究,在基礎理論方面下功夫,進而指導工作的方向。
  6.改進工藝路線,研發新型的復合型高吸水性樹脂,研究開發天然型吸水劑。
  四、結束語
  隨著人們對高吸水性樹脂研究的深入,在耐鹽、保水、保肥等多功能方面的研究已經取得了巨大的進展。建立以多功能新型SAP為中心的完整化學抗旱、節水、保水技術體系,并開展大面積的示范推廣也是今后研究的重點。