高分子吸水树脂的吸水原理、种类及应用

高分子吸水树脂是一种新型功能性高分子材料，由美国和日本联合研制而成，其最显著的特点是吸水性能比较突出，与一般的海绵或者是吸水纸不一样，它的吸水机理比较出众，远远高出了一般的吸水材料的吸水性。

高分子吸水树脂是首先由美国和日本开发成功的新型功能高分子材料，由于它具有较大的吸水能力，不同于脱脂棉、海绵、吸水纸等通用吸水材料的吸水机理，受到各国的高度重视。

自1974年美国农业部一研究所用铈盐作引发剂合成淀粉——丙烯腈接枝聚合物吸水树脂以来，先后有美国的Grain Processing公司，Hercules公司，National Starch公司，Dow化学公司，日本的住友化学公司，花王石碱公司，触媒化学公司，三洋化成公司以及许多学术机构对树脂的合成和应用进行了的研究。

八十年代后我国先后有二十多家单位对吸水树脂进行研究，发表了该方面的科研论文数十篇，极大地促进了高分子树脂合成技术和产品应用在我国的发展。世界范围内高分子吸水树脂需求量也不断增加，估计年增长率可达30~40%，且应用领域也逐步从个人卫生用品扩展到了医用材料，建筑用防渗堵漏材料，高效缓释农药，化肥以及缓释药品，土壤保湿剂，食品干燥剂，保鲜剂，空气清新剂等广泛领域之中，其开发运用的前景十分广阔。

用棉花、纸浆等材料做的吸水体是根据毛细管现象，由基材的间隙进行吸水，所以吸水量很小(只能吸收自身重量20多倍的水)，而且保水能力很差，稍微受压，水又轻易被挤出来，发生液体返渗现象。而高分子吸水树脂则是将水吸入分子链之间，它不但具有很强的吸水能力，而且受压下的保液能力很好，不易产生液体返渗现象，吸收用品的表面很干爽。

聚丙烯酸钠型高分子吸水树脂，存在高浓度的-COO-和Na+。由于高分子吸水树脂内部的离子浓度与外部水溶液中的离子浓度之差，产生渗透压。外部水溶液中的离子浓度越低，离子浓度的差距越大，因此渗透压便越大。由于此渗透压，水溶液将被吸入高吸水性树脂的内部。

高分子吸水树脂的亲液性也发挥吸水的作用。高分子吸水树脂中亲水基-COOH或-COONa与水的亲和力高，由于这种亲和力，水溶液被吸人吸水树脂的内部。但是亲和力没有渗透压的力量那么大。依靠这两种力量，高分子吸水树脂能不断吸水，直到离子浓度差消失为止。

高分子吸水树脂分粪方法很多。按原料可分成淀粉衍生物，纤维素衍生物和合成树脂三大类;按制各树脂的化学过程不同又分为接枝共聚物，羧甲基化物及水溶性高分子交联树脂。按产品最终形态可分成粉状树脂，膜状树脂和纤维状吸水树脂等等。

以往用的吸水材料，如海绵、吸水纸，脱脂棉等，吸水量最大可达到自身重量的20倍，且主要依靠物理吸附来吸水，在受压时吸附的水会被挤出。

高分子吸水树脂是一类高分子电解质，在吸水过程中，发生电离引起同类电荷的基团相互排斥，树脂骨架膨胀，同时也与水发生化学作用，生成凝胶物质。吸水速度快，保水性也很好，吸水量除受种类，形态等因素影响外，还受到水液体系性质的影响，一般可吸收自身重量几十倍、甚至上千倍的水。

1、淀粉类

以淀粉为原材料的合成是目前比较常见的方法，主要通过自由基引发聚合将乙烯基单体接枝到淀粉上。主要通过化学引发，对于一些有特殊要求的也可以采用辐射引发。

2、纤维素类

纤维素也是一种容易获得，来源比较广泛，而且价格也不是很昂贵，自身的属性也容易通过化学进行改变，受到了广大制造商的青睐。随着技术的发展，加强了对纤维素型吸水材料的研究，成熟的技术为广泛的应用打下了基础。

3、合成树脂类

合成树脂类起步虽晚，但其发展非常迅速，自从在日本得到了广泛传播之后，紧接着在西方发达国家也得到了广泛的关注，现阶段已经成为重要的研究方向。由于合成树脂类种类比较多，研究仍在进一步进行，更多的研究者在投入大量的精力寻找新的合成树脂。

高分子吸水对脂因具有较大的吸水能力，较好的保水性能，在个人卫生用品、农业生产、医用材料、日用化学品中得到了广泛的应用。

1、用于堵水调剖

吸水树脂拥有较强的吸水性，而对疏水性烃类物质不敏感，通过与其他的物质形成复合材料，用于石油开采中的注水井和采油井，提高吸水能力，改善渗透层的过水能力，减少水资源的渗漏。

2、个人卫生用品

高分子吸水树脂是低交联度亲水性的三维空间网络结构，具有很强的吸水性能，且吸收的水分容易被保存，不容易被挤出，最早用于卫生巾等一些个人卫生用品。全球每年生产大量的吸水树脂，绝大部分用于卫生用品。

3、化妆品的添加剂

高分子吸水树脂除了有较强的吸水性，还能有较高的保湿性，可以广泛应用于化妆品中，通过加入少量的吸水树脂就能使化妆品保持很高的保湿性，使皮肤长久保持湿润状态。另外，在吸收水分后可以形成凝胶状，会优于一般的高分子，通过调整好稠性来确保一定的粘度，如在雪花膏﹑香皂等化妆品中加入少量，可以长久保持想要的香味，达到祛除异味的目的。

4、应用于石油开采

一般来说，油井中酸性较强，通过添加少量的用乙醛交联的丙烯酞胺-丙烯酸共聚物凝胶，可以减缓酸液的产生速率，更加有助于地层的合理酸化。还可以利用凝胶树脂形成的凝胶，使水中的酸性更加趋向于中性，让更多的酸液流入低渗透层中，从而确保高质量的开采效率。

5、除臭剂、杀菌剂

对于新型的吸水树脂，可以达到吸氨的功能，这样的话就可以去除卫生间中的臭味，保持空气清新。例如，利用混合型的制成可以祛除臭味的混合物，始终保持中性以下的溶液，就可以很好地利用它来祛除臭味，消灭病菌，还可以适当加入香料，使基材散发出香味。

6、医用材料

高分子吸水树脂再吸收水分后，会形成一种比较柔软的凝胶，很大程度上减少了对生物组织产生刺激作用，这种凝胶可以吸收大量的水分，其性能与生物组织类似，还具有能迅速凝固，拥有较强的通透性，在短时间内能形成较高的适应性。除此之外，通过高分子材料可以提高机械强度，减少生物组织受损程度，被广泛应用于医用材料。

目前高分子吸水树脂的性能主要表现在以下两个方面：

1、采用表面架桥技术

以往未经表面架桥处理的高分子吸水树脂，具有高的饱和吸水量，且吸水速度快，位于上部的高分子吸水树脂因吸水膨胀太快，易产生胶体阻塞现象，阻碍液体进一步向下渗透。这样的高分子吸水树脂胶强度也差，用于吸收性卫生用品中，产品易变形，有粘湿感。

而经过表面架桥处理后的高分子吸水树脂，其结构为外壳+芯子，外壳部分具有高的架桥密度，低的饱和吸收量，吸收速度适中，不易胶体阻塞，无粘湿感;其中心部分具有低的架桥密度，高的饱和吸收量，易胶体阻塞，有粘湿感，但因有外壳包裹，这样的高分子吸水树脂吸收量及吸收速度适中，胶强度增高，在压力下的吸收力也得到提高，可使吸收用品向超薄型方向发展。

2、高分子吸水树脂表面处理技术

高分子吸水树脂在吸收血液时，其吸收速度很慢。因为血液中含有血球、血浆等成分。当有血球存在时，球状的血不易被凝胶状的高分子吸水树脂所吸收，血球只停留在高分子吸水树脂表面。因血球的直径为8μm左右，且流动性较差，而丙烯酸分子的直径则以10-10为计量单位，小于血球的直径。

经过表面处理的高分子吸水树脂将血球分散成小血球后，血液即易于被高分子吸水树脂吸收。