高吸水性樹脂

神奇的功能高分子材料—高吸水性樹脂隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展，高分子材料已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域。各種塑料制品、薄膜、人造皮革、合成橡膠、合成纖維等已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的材料。功能高分子材料是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新型領(lǐng)域，是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領(lǐng)域后開發(fā)涌現(xiàn)出的一種新型材料。功能高分子有時也稱為精細高分子或特種高分子，至今還沒有一個準(zhǔn)確的定義，一般是指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復(fù)合材料，或具體地指在原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，還具有化學(xué)反應(yīng)活性、光敏性、導(dǎo)電性、催化性、生物相容性、藥理性、選擇分離性、能量轉(zhuǎn)換性、磁性等功能的高分子及其復(fù)合材料。高吸水性樹脂就是一種新型的功能高分子材料，它具有優(yōu)異的吸水、保水功能，可吸收自身重量幾百倍、上千倍，最高可以達到5300倍的水，即使擠壓也很難脫水，被冠予“超級吸附劑”的桂冠。高吸水性樹脂的種類很多，所用原料及工藝方法也各不相同。主要類型有聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類、醋酸乙烯共聚物類、聚氨酯類、聚環(huán)氧乙烷類、淀粉接校共聚物類等，此外還有與橡膠共混的復(fù)合性吸水材料。在上述各種類型中，研究開發(fā)較多的為聚丙烯酸酯類。該樹脂系以丙烯酸和燒堿為主要原料，采用逆向聚合法而制得。由于工藝較為簡單，易于操作，制得的樹脂吸水率高，生產(chǎn)成本較低，因此發(fā)展非常迅速。高吸水性樹脂是一種白色或徽黃色、無毒無味的中性小顆粒。它與海綿、沙布、脫脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通過化學(xué)作用吸水的。所以樹脂一旦吸水成為膨脹的凝膠體，即使在外力作用下也很難脫水，因此可用作農(nóng)業(yè)、園林、苗不移植用保水劑。在蔬菜，花卉種植中，預(yù)先在土壤中撒千分之幾的高吸水性樹脂，可使蔬菜長勢旺盛，增加產(chǎn)量。在植樹造林中，各種苗木移植期間往往因為保管不善而干枯死亡。如果將剛出土的苗木用高吸水性樹脂的水凝膠液進行保水處理，其成活率可顯著提高。有人做過山茶花、珊瑚樹的移植試驗。經(jīng)保水處理的成活率達百分之百，而未作處理的成活率很低或全部死亡。高吸水性樹脂還可作為種子涂覆劑，在飛播造林、入早草原方面大顯身手。高吸水性樹脂除具有吸水量高，保水性好、吸水性快，吸氨力強、無毒副作用等特點外，其最突出的特點是它與苯、甲苯、丙酮、乙醚、甲醇、乙醇、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、醋酸等化學(xué)試劑混合時，可使試劑脫水，卻不與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它吸收試劑中的水份后，變成一種凝膠狀的物質(zhì)。如果把吸足水份的保水劑分離出來，烘干后可重復(fù)使用。高吸水性樹脂用于化工生產(chǎn)，可大大提高各種化學(xué)試劑的濃度、純度和產(chǎn)品的質(zhì)量。它可以取代化工生產(chǎn)中的精餾塔，從根本上改革生產(chǎn)工藝，大大降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益十分可觀。高吸水性樹脂，可以做成吸血紙，代替醫(yī)用藥棉。坯可加工成婦女衛(wèi)生巾、嬰幼兒紙尿布、紙手帕以及紙餐巾等。婦女衛(wèi)生巾攜帶方便，衛(wèi)生、柔軟舒適，嬰幼兒紙尿布可以一夜不換。做成紙尿袋可使某些在公共場所無廁可入的人解除尿脹難忍的痛苦，某些老年人因腎功能衰退，小便頻繁或因傷殘行動不便的人，使用紙尿袋更為方便。此外，高吸水性樹脂還可用作工木建筑工程中的淤泥干操劑，室內(nèi)空氣芳香劑，蔬菜、水果、紙煙的保鮮劑、防霉劑、其它工業(yè)上的油水分離劑、阻燃劑、防水劑、防潮劑、固化劑以及吸水后體積膨脹的兒童玩具等。高吸水性樹脂最早是在1978年首先在日本三洋化成公司正式投入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的，目前，全世界高吸水性樹脂的總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過130萬噸/年，其中日本觸媒化學(xué)公司是目前世界上最大的高吸水性樹脂生產(chǎn)公司，生產(chǎn)能力達到25萬噸/年。目前，全世界對高吸水性樹脂的總需求量約為90萬噸/年，且有逐年增加的趨勢。由于東南亞地區(qū)、中南美國家、東歐以及世界其他地區(qū)使用嬰幼兒或成人用紙尿褲和衛(wèi)生巾的普及率日益擴大，對高吸水性樹脂的市場需求量迅速增加，致使高吸水性樹脂的生產(chǎn)廠商相繼展開擴產(chǎn)或國際化生產(chǎn)的策略。美國每年大約消費30萬噸的高吸水性樹脂，約占世界高吸水性樹脂消費總量的35%，歐洲的消費量約為20萬噸/年，約占總消費量的25%，日本的消費量約為8萬噸/年，約占總消費量的10%，其中約有一半以上是使用于嬰幼兒紙尿褲上，其他在園藝、食品、土木、建筑等領(lǐng)域中的用途也日益擴大，其他地區(qū)的總消費量約占30%。預(yù)計到2005年，全世界對高吸水性樹脂的需求量將達到約120萬噸，消費年均增長率約為4%-5%。我國從20世紀(jì)80年代末期開始進行高吸水性樹脂的研究開發(fā)工作，目前生產(chǎn)廠家有10多家，總生產(chǎn)能力約為1萬噸/年，實際產(chǎn)量約為5000噸/年，主要的生產(chǎn)廠家有遼寧撫順市化工研究所、中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所、河北唐山博亞科技公司、山東省醫(yī)療器械研究所、吉林省石油化工設(shè)計研究院、原化工部成都有機硅研究中心、遼寧營口市石油化工研究院、吉林化工學(xué)校高新技術(shù)開發(fā)公司、江蘇無錫海龍衛(wèi)生材料公司、河北新奧集團公司、河北保定科翰樹脂廠以及黑龍江北安旭光化工廠等。目前，我國高吸水性樹脂的消費量約為2.0萬噸/年，其中個人衛(wèi)生用品（衛(wèi)生巾、嬰兒紙尿布等）消費量最大，其次是農(nóng)林和其他方面。由于目前我國高吸水性樹脂的產(chǎn)量還不能滿足國內(nèi)實際生產(chǎn)的需求，因而每年都得花費大量的外匯從日本佳友精化、三洋化成和三菱油化等公司進口，預(yù)計到2005年我國對高吸水性樹脂的需求量將達到3.0-3.5萬噸，而目前生產(chǎn)能力只有1萬噸/年左右，因而開發(fā)利用前景十分樂觀。高吸水性樹脂（SAR）又稱高吸水性聚合物（SAP）是一種含有羧基、羥基等強親水性基團并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物。它不溶于水，也不溶于有機溶劑，卻有著奇特的吸水性能和保水能力，同時又具備高分子材料的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的吸水材料相比具有更大的優(yōu)勢：與海綿、棉花、纖維素、硅膠相比，高吸水性樹脂的吸水量大，可達自身質(zhì)量的數(shù)十倍，并且保水性強，即使在受熱、加壓條件下也不易失水，對光、熱、酸、堿的穩(wěn)定性好，具有良好的生物降解性能。由于SAR具有許多優(yōu)異的性能，從而被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、醫(yī)藥、醫(yī)療、生理衛(wèi)生、石油、化工、環(huán)境保護、美容化妝、建材、生化技術(shù)和食品等眾多領(lǐng)域，并越來越受到人們的關(guān)注和青睞。衛(wèi)生用品是最早使用SAR且應(yīng)用研究比較成規(guī)模的一個領(lǐng)域。由于SAR具有吸水率高、保水性強、安全無毒、重量輕、吸液量大等優(yōu)點，一問世就受到衛(wèi)生用品廠家的重視，被制成一次性嬰兒尿布、婦女衛(wèi)生巾、宇航員尿袋、餐巾、手帕、母乳墊片、手術(shù)襯墊等。目前，衛(wèi)生用品是SAR的主要應(yīng)用領(lǐng)域，占其消費總量的80～95%。SAR在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，作為土壤的改良劑和保水劑，可以改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)，增加土壤的透氣性和透水性，現(xiàn)已被許多國家用來治理沙漠。SAR可作1.國外研究歷史高吸水性樹脂（簡稱SAR或SAP）是一種交聯(lián)密度很低、不溶于水、高水膨脹性的功能性高分子材料。20世紀(jì)五十年代以前人類使用的吸水材料主要為天然物質(zhì)和無機物。五十年代，Goodrich公司開發(fā)了交聯(lián)聚丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，與此同時，科學(xué)家Froly通過大量的實驗研究，建立了吸水性高分子的吸水理論，稱Froly吸水理論，為吸水性高分子的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。國外從六十年代開始研制吸水性材料，1961年美國農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究并研制出了具有較高吸水性能力且有良好保水性的高吸水性高分子材料。其后，G.F.Fanta等接著進行研究，研制的淀粉衍生物吸水劑用于土壤改良、保水抗旱等方面。六十年代末至七十年代，美國Grain-Processing、Hercules、NationalStarch、GeneralMillsChemical，日本住友化學(xué)，花王石堿，三洋化成工業(yè)等公司相繼成功地開發(fā)了高吸水聚合物。此后，世界各國對高吸水聚合物的品種、制造方法、性能和應(yīng)用領(lǐng)域等方面進行了大量的研究工作,取得了成果,其中成效最大的是美國和日本。七十年代中期，日本開展了以纖維素為原料制成高吸水劑的研究，得到了片狀、粉末狀和絲狀的產(chǎn)品。八十年代則提出了用放射線對各種氧化烯烴進行交聯(lián)處理，合成了非離子型高吸水聚合物，其吸水能力為二千多倍，從而打開了合成非離子型高吸水聚合物的大門。目前日本觸媒、三洋化成及德國Stockghausen三大生產(chǎn)集團掌握著全球高吸水聚合物70%的市場，它們之間以技術(shù)合作方式，進行著世界國際聯(lián)合經(jīng)營。在此過程中，各研究單位所使用的原材料趨于多樣化，既包括天然材料，又包括石油化工材料；理論更加成熟，特別是日本天中豐一等研究的高分子凝膠相轉(zhuǎn)移理論，進一步建立了高分子凝膠新的理論基礎(chǔ)；高吸水性樹脂的應(yīng)用也從僅用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)滲透到各行各業(yè)。2.國內(nèi)研究情況在我國，長春應(yīng)用化學(xué)所自1977年開始研制聚丙烯酰胺吸水樹脂，開國內(nèi)之先河。華南工學(xué)院張力田教授于1982年對國際上有關(guān)吸水樹脂所取得的成就作了綜述。之后,全國數(shù)家科研院所以不同的原料對吸水性材料進行了研究及開發(fā)。1988年開始有專利,先后有40多個單位從事過這方面的研究,目前已有幾十項專利。國內(nèi)的研究側(cè)重于降低成本、提高吸液率及吸鹽水能力。鄭州大學(xué)的張子勇等以水溶性單體丙烯酸和天然多羥基高分子如淀粉、面粉為主要原料，在水溶性引發(fā)劑作用下，進行高溫快速聚合，使聚合和干燥一步完成，具有快速簡便的顯著特點，產(chǎn)物吸水率達1000g/g以上。蘇州大學(xué)的朱秀林、路建美等先后采用表面交聯(lián)與內(nèi)交聯(lián)法提高吸水樹脂的吸液速度及吸鹽水能力，有一定效果，此外他們還對吸水樹脂粒徑與性能進行了研究。近年來,國內(nèi)的研究工作者也開始嘗試新的合成方法。如采用γ射線輻射引發(fā)接枝共聚，用微波照射聚合等。朱秀林等還采用兩次合成法，合成大粒徑吸水樹脂，使后處理工序得到簡化。而且，國內(nèi)對高吸水樹脂的應(yīng)用研究逐年增多，僅在農(nóng)牧林方面的文章1989年8篇,1994年33篇，1999年42篇，2001年93篇。其他方面的應(yīng)用文獻趨勢大體同上。二、高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)與吸水性機理高吸水性聚合物是一類分子中含有極性基團并具有一定交聯(lián)度的功能高分子，是由化學(xué)交聯(lián)和聚合物分子鏈間的相互纏繞物理交聯(lián)構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)密度低，水分子容易滲入樹脂中使樹脂膨脹，進一步親水而凝膠化，成為高吸水性的狀態(tài)。但是交聯(lián)度不能太低，否則就會溶解于水，因此在不溶于水的情況下處于最低交聯(lián)度的樹脂有可能是高吸水性樹脂。而其中的極性基團則大多是羧基、酰胺基、氨基，磺酸基、磷酸基，亞磺酸基等親水性基團或者是這些基團的共聚體。高吸水性聚合物吸水前，高分子鏈相互纏繞在一起；吸水后，聚合物可以看成是高分子電解質(zhì)組成的離子網(wǎng)絡(luò)和水的構(gòu)成物。三、高吸水樹脂的原料及合成1.原料：最早研究吸水樹脂的原料是丙烯酸、丙烯腈接枝淀粉合成高吸水性樹脂。隨著研究的深入，含磺酸基、酰胺基、酯基等親水性集團的單體，也加入到合成高吸水性樹脂的隊伍中。接枝骨架從開始的淀粉延伸到其他天然原料如藻酸鹽、蛋白質(zhì)、殼聚糖等，與此同時研究者也把目光投向合成高分子，如聚乙烯醇、聚乙烯、聚苯乙烯、聚胺酯等等。目前研究最多的還是丙烯酸及其鹽接枝到其他高分子上。2.合成方法：高吸水性樹脂的合成方法一般分為兩類，一類是高分子接枝合成反應(yīng)制吸水劑；二是聚合物的交聯(lián)和嵌段反應(yīng)。四、高吸水樹脂的應(yīng)用高吸水性樹脂的優(yōu)良特性，決定了它的用途具有廣闊的前景。目前以它的吸水性、保水性、對外界刺激的應(yīng)答性為主進行就行應(yīng)用開發(fā)的居多。如農(nóng)林園藝土壤改良和保水保肥、水凝膠基材、石油開采、日用化妝品、食品工業(yè)、國防技術(shù)等，目前高吸水樹脂在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用研究在國外正逐漸成為熱點；而且，高吸水樹脂也正在環(huán)境保護上初露頭角。（一）農(nóng)林方面的應(yīng)用高吸水性樹脂最初就是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的抗旱保水。土壤中混有0.1%～0.5%的高吸水樹脂后，土壤水分過多或因干旱缺水時都可以保持有效濕度穩(wěn)定，減少灌溉的次數(shù)。而且作物生長旺盛，產(chǎn)量提高，還有利于改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)的作用。高吸水樹脂和中子攪拌均勻后，用于機械化大規(guī)模流體播種，不僅可以節(jié)省種子，還減少對種子的機械傷害，提高成活率[7]。有研究表明在自然條件極其惡劣的沙地邊緣，運用吸水劑后，可顯著提高苗木成活率和保存率，使成活率提高3～15%，平均提高7%；保存率提高4～15%，平均提高7%；土層肥力提高48%植物生長量平均提高19.2%。另外，根據(jù)花卉的要求在合成吸水樹脂時加入合適的染料，制成各種顏色的花土，添加營養(yǎng)成分，制成形態(tài)各異、造型別致，提高花卉的觀賞性和本身價值。（二）生理衛(wèi)生方面的應(yīng)用因為高吸水樹脂有良好的保水性，并且有一定強度，形成的凝膠對皮膚等生物組織無刺激和毒副作用，而廣泛的用與生理衛(wèi)生方面。全世界生產(chǎn)的高吸水樹脂95%用于個人衛(wèi)生用品例如：婦女用衛(wèi)生巾、兒童尿不濕、老人用薄型尿布、用于電學(xué)方法檢測含濕量的醫(yī)用尿布等等。我國每年有幾千萬新生兒出生；同時，隨著消費意識的變化這類衛(wèi)生用品的用量會增加，隨著我國老齡化對成人護理失禁片的用量也會增加的。所以高吸水樹脂在這方面的應(yīng)用前景良好。（三）石油開采方面的應(yīng)用1.作密封材料：將高分子吸水樹脂與塑料或橡膠等材料混合，采用添加表面活性劑的方法，使樹脂與塑料或橡膠的不相容性得到明顯的改善，制成密封性材料，這種材料遇到水或其它水性流體就急速發(fā)生膨脹，因此具有很好的密封性。在石油工業(yè)中，油氣管輸或其它流體管輸是很常見的，為防止油氣滲漏、廢水滲漏等污染環(huán)境，減少資源浪費，必須在管連接處，甚至整個管線做密封處理，高吸水樹脂類密封材料是理想的選擇。2.鉆探中用作化學(xué)堵漏材料：化學(xué)堵漏在油氣田鉆探過程中是一種重要的技術(shù)措施。目前，現(xiàn)場已開發(fā)應(yīng)用的高吸水樹脂類堵漏劑已有幾種，但是吸淡水倍數(shù)不高，及其他方面的技術(shù)因素只是堵漏作業(yè)效果不好，因此應(yīng)開發(fā)：吸水倍數(shù)高、耐壓性好、并能抗一定電解質(zhì)濃度的高吸水樹脂，并且成本要降低。3.作鉆井液處理劑：近二十年來，高吸水樹脂在鉆井液處理上的應(yīng)用得到快速的發(fā)展，用得相當(dāng)普遍?？梢宰鳛榻禐V濕劑、降粘劑等，據(jù)統(tǒng)計，其應(yīng)用品種有上百種。這就保證了鉆井工作的快速、安全，大大降低了鉆井綜合成本，創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟效益和社會效益。有報道，用高分子吸水樹脂可作為鉆頭的潤滑劑和鉆井液的凝膠劑。有針對性的開發(fā)具有一定抗鹽性、耐壓性好的、濕度增稠劑的高吸水性樹脂，就可開發(fā)出具有高效降濾濕功能的或高效抑制性功能的鉆井液用的新型功能處理劑。（四）在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用高吸水樹脂吸水后形成柔軟的沒有機械刺激作用且與生物組織十分相近，水凝膠具有溶質(zhì)透過性、組織適應(yīng)性和抗凝血性等等。這些特性都為高吸水性樹脂在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1.作醫(yī)用一次性枕套據(jù)統(tǒng)計，醫(yī)院收治的外傷病人中大多數(shù)是頭部受傷。降低頭部感染是醫(yī)院的重要課題之一。采用高吸水性材料作一次性枕套，可以大大降低枕頭上的細菌種類和細菌數(shù)，而且高吸水性樹脂的吸液速率快，保水性好，避免了病人的頭部溢出物污染枕心，嚴(yán)防交叉感染，受到患者和家屬的好評。2.在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用高吸水樹脂吸水時，一部分水和樹脂上的親水基團結(jié)合，固定在其上，是高吸水樹脂的網(wǎng)絡(luò)小孔張開，一部分水作為自由水進入孔內(nèi)，形成凝膠。這部分水可以溶解蛋白質(zhì)藥物，如果蛋白質(zhì)藥物負載到水凝膠上，大分子藥物的釋放可以通過樹脂網(wǎng)孔的大小、孔與孔之間的相連度、藥物分子的大小等來控制，這項研究在國內(nèi)少見報道，在國外正在成為研究的熱點。有報道稱，水凝膠在胃里是穩(wěn)定，當(dāng)進入腸子時可以被降解，對人體無害。人體組織器官受傷或者損壞，醫(yī)學(xué)上常用器官移植來解決，但有時候器官來源是有限的。水凝膠中的網(wǎng)孔足夠大的話可以允許水凝膠與具有生物活性的細胞相容，這些細胞可以溶解、分解、釋放出增長因子、增加活性細胞可以滲透和增殖聚合的核心。因此，吸水樹脂可以成為人造器官的骨架，為病人帶來福音。還有研究稱，高吸水樹脂可以用于治療浮腫，消除體液。高吸水樹脂可用做市售的隱形眼鏡，制作材料主要成分是含水38%左右的聚甲基丙烯酸-α-羥基乙酯及與角膜含水量相近的N-乙烯吡啶。柔軟隱形眼鏡透氧氣性良好，配戴者有良好的舒適感，配戴時間長。另外，高吸水樹脂還可以用來濃縮蛋白質(zhì)溶液，蘇州大學(xué)已經(jīng)開展了這方面的研究縮短常規(guī)的濃縮時間。南京化工大學(xué)早在1997年就已經(jīng)對水凝膠在生物大分子分離和濃縮上進行過研究，并且取得不錯的效果。成都有機所近期也進行過該方面的研究。（五）在環(huán)境保護上的應(yīng)用1.去除回收重金屬離子含重金屬的廢水污染環(huán)境,并且對人類也產(chǎn)生永久性的嚴(yán)重危害，因此人們非常關(guān)注它們的去除和回收。有些水凝膠本身可以形成五員環(huán)或者六員環(huán)從而與金屬離子形成螯合物，再在一定的條件下回收重金屬離子。也可以根據(jù)不同離子形成螯合物的穩(wěn)定性不同，將各種離子分離。2.在路面抑塵上的應(yīng)用氣溶膠作為分散在大氣中的固態(tài)或液態(tài)顆粒而形成的一種大氣物質(zhì)，在環(huán)境污染方面早以被人們所關(guān)注，王海寧等人利用將已聚合的淀粉-丙烯酸鈉吸水樹脂溶膠用水稀釋，用NaOH適當(dāng)調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)膒H值，然后將此溶液灑到裝的30g某礦運輸路面塵樣的蒸發(fā)皿中，待其濕潤塵樣后稱初重，再將其置于露天自然環(huán)境中，測其抑塵性能。我們課題組也曾經(jīng)做過這方面的工作。另外，在礦山開采時也可用高吸水樹脂降低空氣中的顆粒物，減少對人體的傷害。高吸水樹脂還可以用作廢水處理的絮凝劑。（六）其他方面的應(yīng)用在建筑方面，水凝膠可改性混凝土，大大增加混凝土的抗壓強度、耐蝕性[21]，使其性能更加優(yōu)良。當(dāng)溶液pH值5～10時,有的超強吸水劑可以作為優(yōu)良的增稠劑,因而可以廣泛用于化工、紡織品、印刷和化妝品生產(chǎn)等。食品保鮮、防止結(jié)露、防火用膠、保冷劑、留香材料等，都用到高吸水樹脂。另外，色譜法[22]、離子交換膜、工業(yè)脫水材料業(yè)余高吸水樹脂息息相關(guān)。高吸水性樹脂（英文名為SuperAbsorbentResin，簡寫為SAR），或者稱為高吸水性聚合物（英文名為SuperAbsorbentPolymer，簡寫為SAP），是一種含有羧基等強親水性基團并具有一定交聯(lián)度的水溶脹型高分子聚合物。與傳統(tǒng)吸水材料如海綿、纖維素、硅膠相比，它不溶于水，也不溶于有機溶劑，卻又有著奇特的吸水性能和保水能力，同時又具備高分子材料的優(yōu)點。高吸水性樹脂的吸水量高，可達到自重的千倍以上，而且保水性強，即使在受熱、加壓條件下也不易失水，對光、熱、酸堿的穩(wěn)定性好，還具有良好的生物降解性能。高吸水性樹脂的開發(fā)與研究只有幾十年的歷史。是一種典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。它能夠吸收并保持自身質(zhì)量數(shù)百倍乃至數(shù)千倍的水分或都數(shù)十倍的鹽水，并且能夠保水貯水，即使加壓也很難把水分離出來。這是由于其分子結(jié)構(gòu)上帶有大量具有很強親水性的化學(xué)基團，而這些化學(xué)基團又可形成各種相應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而賦予該材料良好的高吸水和高保水特性。高吸水性樹脂與水有很強的親和力使它在個人衛(wèi)生用品方面得到廣泛應(yīng)用，并在農(nóng)業(yè)、土木建筑、保鮮材料、改造環(huán)境等方面的應(yīng)用也顯示出廣闊的前景。如嬰兒紙尿片、老年失禁紙尿片布、婦女用衛(wèi)生巾等，廣大發(fā)展中國家在這方面的需求不斷增長，各國紛紛擴大生產(chǎn)，增加研究和開發(fā)力度。高吸水性樹脂作為通訊電纜的防水劑、濕度調(diào)節(jié)劑、凝膠轉(zhuǎn)動裝置、活體酶載體、人造雪等方面也得到了大量的研究和應(yīng)用。高吸水性樹脂在農(nóng)藝園林方面的應(yīng)用也已表現(xiàn)出令人鼓舞的前景，它有利于節(jié)水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物發(fā)芽率等。高吸水樹脂在沙漠治理方面的應(yīng)用更是具有無可估量的社會效益。由此可見進一步開發(fā)高吸水性樹脂仍然有很重大的意義。1.國外狀況高吸水樹脂的研究開發(fā)始于20世紀(jì)60年代后期。1966年美國農(nóng)業(yè)部北方研究所Fan-ta等進行了淀粉接枝丙烯腈的研究，從此開始了高吸水樹脂的發(fā)展。Fanta等在論文中提出：淀粉衍生物的吸水性樹脂具有優(yōu)越的吸水能力，吸水后形成的膨潤凝膠體保水性很強，即使加壓也不與水分離，甚至還具有吸濕放濕性，這些材料的吸水性能都超過以往的高分子材料。該樹脂最初在HenkelCorporation工業(yè)化成功，其商品名為SGP(StarchGraftPolymer)。1971年GrainProcessing公司以硝酸鈰鹽作引發(fā)劑，采用丙烯腈接枝在淀粉或纖維素上的方法合成出高吸水樹脂。在這一時期，美國Hercules、NationalStarch、GeneralMillsChemical，日本住友化學(xué)、花王石堿、三洋化成工業(yè)等公司相繼成功開發(fā)出了高吸水樹脂，德國、法國等世界各國對高吸水樹脂的制備、性能和應(yīng)用等領(lǐng)域也進行了廣泛的研究，并取得大量成果。其中成效最大的是美國和日本。此后，國外對SAP的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用便以驚人的速度發(fā)展起來。1978年日本實現(xiàn)了SAP工業(yè)化生產(chǎn)。高吸水樹脂的生產(chǎn)與消費增長很快，1980年，世界高吸水性樹脂生產(chǎn)能力約為5kt/a，1990年增加到207kt/a，1999年猛增到1292kt/a。目前，世界SAP的最大生產(chǎn)商是日本觸媒化學(xué)公司，其次是Deggusa/Huels集團的Stockhausen公司，第三位是美國Amcol公司的全資子公司Chemdal公司，這3家公司合計能力約占世界總能力的47.2％。歐洲高吸水性樹脂的主要生產(chǎn)廠家有法國Atofina公司和SNFFloerger公司，比利時的BASF公司和NipponShokubai公司，德國BASF公司、Stockhausen公司和Dow化學(xué)公司、英國IndustrialZeolite公司等。美國是世界上最大的高吸水性樹脂消費國，消費量約為280kt，約占世界總消費量的35.0％。歐洲高吸水性樹脂的消費量約為200kt，約占總消費量的25.0％；日本高吸水性樹脂的消費量約為80kt，約占世界總消費量的10.0％；其他地區(qū)的消費量約占30.0％。根據(jù)預(yù)測，2005年世界高吸水性樹脂的消費量將達到1000～1100kt，消費量年均增長速度為3.8％～5.5％。隨著其產(chǎn)品多樣化及性能的提高，高吸水樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域也必將不斷擴大。1973年美國UCC公司開始將高吸水樹脂應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面，接著又擴展到農(nóng)林園藝的土壤保水、苗木培育及輸送、育種方面。接著日本、法國等也展開了吸水性樹脂的應(yīng)用研究?，F(xiàn)在，高吸水樹脂已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)林園藝、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑材料、石油工業(yè)、食品行業(yè)、日用品行業(yè)、人工智能材料等各個領(lǐng)域。2國內(nèi)狀況國內(nèi)高吸水性樹脂的研究工作起步較晚，始于20世紀(jì)80年代初，與國外相比，我國高吸水性樹脂的研究開發(fā)與應(yīng)用相對比較緩慢，2004年我國高吸水性樹脂的生產(chǎn)能力也只在30kt/a左右，生產(chǎn)企