高吸水樹脂的制備及其在衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

高吸水樹脂的制備及其在衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

高吸收樹脂也稱為親水凝膠和超吸水劑。高吸水樹脂最早是1961年美國農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Rissell等人從淀粉接枝丙烯腈開始研究的,其后G.F.Fanta等人接著進(jìn)行研究我國目前也在研究和開發(fā)、推廣應(yīng)用高吸水樹脂1吸水樹脂的水岸類型高吸水樹脂不僅可以吸收大量的水分,而且其保水性能也相當(dāng)強(qiáng)。高吸水樹脂吸水后與水之間存在3種作用:(1)水分子與高分子電負(fù)性強(qiáng)的氧原子形成氫鍵結(jié)合;(2)水分子與疏水基團(tuán)的相互作用;(3)水分子與親水基團(tuán)的相互作用。高吸水樹脂的親水基團(tuán)周圍存在3種水:結(jié)合水、束縛水、自由水。其中結(jié)合水主要是通過溶劑化、配位鍵或氫鍵在凝膠的內(nèi)外表面結(jié)合的水,束縛水是通過氫鍵或取向力與結(jié)合水連接的另一種水,自由水與一般的液態(tài)水相同,主要是靠高聚物的三維空間網(wǎng)絡(luò)作用,將大量的自由水儲存在吸水樹脂的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。高吸水樹脂的吸水分幾個(gè)階段(圖1)。最初階段其吸水速率很慢,因?yàn)榇藭r(shí)的吸水是通過毛細(xì)管吸附和分散作用來實(shí)現(xiàn)的,接著水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團(tuán)作用,使之發(fā)生離解,陰離子固定在高分子鏈上,陽離子則可自由移動。隨著親水基團(tuán)的進(jìn)一步離解,陰離子數(shù)目增多,離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張;同時(shí)為了維持電中性,陽離子不能向外部溶劑擴(kuò)散,導(dǎo)致陽離子在樹脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)濃度增大,于是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓,水分進(jìn)一步滲入。隨著吸水量的增大,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零;而網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張的同時(shí),其彈性收縮力也在增加,逐漸抵消陰離子的靜電排斥,最終達(dá)到吸水平衡。2傳統(tǒng)聚合合成高效聚合式高吸水樹脂的合成原理是自由基引發(fā)聚合,可分為親水性單體均聚、共聚和接枝共聚,目前其傳統(tǒng)合成方法主要有靜置溶液聚合近期,由顏榮華等人3高吸收樹脂的應(yīng)用3.1高吸水樹脂凝膠高吸水樹脂在衛(wèi)生材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用開發(fā)最早,也最成熟。1979年日本三洋化成公司最先將高吸水樹脂用于衛(wèi)生巾、一次性嬰兒尿布等生理衛(wèi)生用品,從而引起了吸水保水材料的廣泛應(yīng)用研究高吸水樹脂吸水后形成的凝膠比較柔軟,對生物組織沒有機(jī)械刺激作用。用高吸水樹脂凝膠制作的柔軟隱形眼鏡,已經(jīng)在市場上出售。這種產(chǎn)品和堅(jiān)硬隱形眼鏡比較,其氧氣透過性好,配戴者具有良好舒適感,可長時(shí)間使用。近年來,高吸水樹脂作為抗血栓材料的應(yīng)用研究已取得了一定的進(jìn)展。此外,應(yīng)用高吸水樹脂制造的其他醫(yī)用材料也不斷出現(xiàn)。例如,高吸水樹脂可用于制備能吸收手術(shù)及外傷出血和分泌液,并可防止化膿的醫(yī)用繃帶、棉球和紗布等3.2高吸水樹脂栽培的發(fā)展很早以前就有人利用水溶性高分子與土壤結(jié)合,改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),增加透水性、透氣性以達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。高吸水樹脂問世后,許多研究者用它與土壤結(jié)合改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、改善土壤的保水性能和保溫性能,這樣既有利于作物生長,又可節(jié)約灌溉用水、減少灌溉次數(shù)我國已把高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與推廣定為重點(diǎn)科研項(xiàng)目,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院栽培研究所在山西屯留等縣定了10個(gè)示范點(diǎn)。通過試驗(yàn)讓廣大農(nóng)民認(rèn)識高吸水樹脂在保苗、抗旱及水土保持等方面的巨大效能,從而大幅度地提高我國農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。3.3吸水劑可吸濕性好高吸水樹脂用于混凝土中可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,并維持養(yǎng)護(hù)所需的水分?；炷林屑尤肷倭扛呶畼渲梢晕詹⒈３执罅康乃?然后慢慢釋放出來,提供養(yǎng)護(hù)所需水分,減少灑水次數(shù),節(jié)省人力當(dāng)然如果把高吸水樹脂加入到涂料或紙漿中,制成吸水性涂料或壁紙,可有效解決浴室、玻璃窗戶、家具表面結(jié)露現(xiàn)象,并能調(diào)節(jié)空氣濕度。另外,高吸水樹脂還可用作發(fā)生洪水時(shí)水庫、水壩的堵漏材料及建造人工雪場3.4日用化工的應(yīng)用由于高吸水樹脂具有吸濕、增濕、增稠、緩釋、成膜等優(yōu)異的特點(diǎn),可在化妝品中作濕潤劑、增稠劑、頭發(fā)定型劑、香料緩釋劑3.5吸水劑和活性炭混合物高吸水樹脂做的保鮮材料對水果、蔬菜具有良好的保鮮效果,便于水果、蔬菜儲存及運(yùn)輸高吸水樹脂和活性炭的混合物,可以吸收蔬菜、水果釋放出來的水分和有害氣體,起到防霉保鮮的作用。另外,高吸水樹脂和一些基材復(fù)合制成的帶狀物,可用于蔬菜、水果和其他食品的儲存和運(yùn)輸。由高吸水樹脂制成的低溫滲透壓脫水片,廣泛應(yīng)用于冷凍保存肉類、魚類等3.6礦山基礎(chǔ)排水系統(tǒng)由于高吸水樹脂能吸附大量的水,具有高度膨潤性、黏附性、高化學(xué)穩(wěn)定性,因此可用于礦區(qū)大范圍堵水、含水礫石或沙層等掘進(jìn)隔水、建筑物間隙充填、各種管道連接密封防漏等在礦山和井下經(jīng)常要人工清理大量泥漿、污泥等,如果原封不動地進(jìn)行裝運(yùn)一般比較困難,有些污水還會散發(fā)臭氣,在這種場合下,如果將吸水劑混入污泥中,使其快速凝膠化,則可用鐵鍬、抓斗、傳送帶等運(yùn)輸。3.7其他應(yīng)用另外,高吸水樹脂在作為無聲膨脹炸藥4開發(fā)新型高吸水樹脂目前,國內(nèi)外研制的各種高吸水樹脂大部分對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率,在鹽水中的吸水率卻降到1/50~1/10,這就造成其在實(shí)際應(yīng)用中大打折扣。因此要解決以上難題可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究,這也是目前這類高吸水樹脂的發(fā)展方向:①開發(fā)抗鹽性好的高吸水樹脂,擴(kuò)大使用范圍?？刹捎媒又误w含有非離子、兩性離子的基團(tuán)或引入氨基和磺酸基等多種方法。②目前國內(nèi)對高吸水樹脂研究中,大約90%以上是產(chǎn)品開發(fā)方面的,涉及高吸水樹脂基礎(chǔ)理論的研究很少。今后應(yīng)在基礎(chǔ)理論方面下功夫,進(jìn)而指導(dǎo)工作的方向。③研發(fā)新型的復(fù)合型高吸水樹脂。利用無機(jī)或有機(jī)材料與高吸水樹脂物理混合或參與聚合反應(yīng)而制得的復(fù)合型高吸水樹脂,不但可提高樹脂的吸水性能、耐鹽性能和保水性能,也可降低成本。④采用新的引發(fā)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(shí)現(xiàn)其工業(yè)生產(chǎn),是目前研究的熱點(diǎn)之一。⑤改進(jìn)工藝路線。研究開發(fā)