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化工小知识∶高分子吸水树脂(简称SAP)
来源: | 作者:刘晓盈 | 发布时间: 2015-12-21 | 2793 次浏览 | 分享到:
1 　 高分子吸水树脂的特点及性能
       以往的吸水性材料 ,如海绵 ,吸水纸 , 脱脂棉等 , 吸水量最大也只能达到自身重量的20 倍左右 ,且在受挤压后吸附的水易被挤出 。而高分子吸水树脂是一类高分子电解质 ,如交联聚丙烯酸钠吸水剂 ,其结构中因含有羧基 ，羰基 羧酸根 、 亚氨基等极性基团, 故其亲水性极强 ,且聚合物的骨架又是一个适度交联的网状结构 ,带有负电荷 ,因而属高分子电解质 。 其它高分子吸水剂的结构中同样都含有极性基团及阴离子或阳离子 , 如聚丙烯酸盐树脂 、 聚丙烯腈类树脂 、 淀粉 — 丙烯酸共聚物树脂 、 羧甲基纤维素交联物等等 ,因而它们在吸水过程中会发生电离而引起同类电荷基团的相互排斥 ,树脂骨架膨胀 ,同时与水发生化学反应 ,最终生成凝胶状物质。所以 , 吸水后的高分子树脂在受压后 , 水不会从高分子中释放出来 ,且其吸水速度相当快 ,吸水量可在几分钟甚至几秒内达自身重量的几百倍 。 如淀粉 — 丙烯腈接枝共聚物 ,其吸水量可达自身重量的 300～1 200 倍 ,淀粉 — 丙烯酸共聚物的可达 300～1 400 倍 ,聚丙烯酸盐树脂的可达 300～1 000 倍 。 另外 ,高分子吸水树脂还具有缓释作用 、 吸附作用 、 吸湿放湿作用及能够成膜 、 稳定性好的特点 ,使其在日用化学工业中有着独特的作用 。

2 　 高分子吸水树脂的合成
       高分子吸水树脂属新型功能性材料 ,其合成工艺属新技能性知识 ,有关其合成工艺和工艺参数对树脂吸水能力的影响等方面的研究尚处于起步阶段 。 目前 , 高分子吸水树脂的合成主要有两种途径 ,即接枝共聚法和交联法 。

3 　 高分子吸水树脂的应用
          高分子吸水树脂因其独特的性能特点 ,使其在人们的生活中得到了广泛的应用 。
①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 ,能吸收成百上千倍的水 ,吸水后呈凝胶状 ,且该凝胶具有很好的保水性能 ,故而它首先被用于个人卫生用品 。 全世界每年生产的高分子吸水树脂 ,约 95 %用于制造个人卫生用品 ,例如妇女卫生巾 、 儿童尿不湿等 。 此外 ,国外还开发了具有特殊功能的男性成人小便失禁用衬垫和对有机盐溶液吸收能力高的老人薄型用尿布 、 通过颜色显示吸湿量的纸尿布 、 用电学方法检测含湿量的医用纸尿布等
②医用材料
       高分子吸水树脂吸水后形成的凝胶比较柔软 ,对生物组织没有机械刺激作用 ,在三维构造的微小空间中含大量的水 ,该凝胶与生物组织十分相近 ,且凝胶具有优良的溶质透过性 、 组织适应性和抗血液凝固性 ,同时还可用高分子材料增强其机械强度 ,这些特性为其作为医用材料的研究奠定了基础 。用高分子吸水树脂凝胶制作的柔软隐形眼镜 ,已经在市场上出售 ,其主要成分是含水38 %左右的聚甲基丙烯酸 “ - α- 羟基乙酯及与角膜含水率相近的 N - 乙烯吡啶 。 这种产品和坚硬隐形眼镜比较 ,其氧气透过性好 ,配戴者具有良好舒适感 ,可长时间连续使用 。近年来 ,高分子吸水树脂作为抗血栓材料的应用研究已取得了进展 。 研究表明 ,高分子吸水树脂凝胶可摄制血浆蛋白质和血小板粘着 ,使血栓难以形成 ; 同时它能把尿激酶等线溶性活性酶固定在凝胶表面 ,并能溶解初期形成的血栓膜 。 这为研究制造抗血栓药剂提供了两条新的途径 。用高分子吸水树脂作控制药剂释放速度的载体 ,不仅其生物适应性好 ,还能通过调节药剂的含水率而改变药剂的释放速度 ,使药剂基本维持定值 ,可避免随时间推移而药剂的释放速度逐渐降低 。 例如 , 氟离子可以有效地预防龋蚀 , 其原因是使牙齿的珐琅质被氟化 ,在甲基丙烯酸 - α- 羟基乙酯和丙烯酸甲酯共聚物的凝胶中分散氟化钠 , 可控制氟子缓慢放出 ,达到防止龋蚀的目的
      此外 ,应用高分子吸水树脂制造的其它医用材料也不断出现 。 例如 ,用甲基丙烯酸 -α- 羟基乙酯和聚乙二醇制成的人造皮肤 ,敷于烧伤处 ,水分和药剂能透过 ,但微生物不能透过 ,故能有效地防止烧伤处感染 ; 甲基丙烯酸 - α- 羟基乙酰和甲基丙烯酸共聚物的凝胶可用作避孕药剂 ; 聚甲基丙烯酸 -            α- 羟基乙酯凝胶可用作膜包人造肾脏净化血液的活性炭和制造人造胰腺膜等。高分子吸水树脂在医用材料方面的开发与应用 ,已受到全世界的关注 ,许多研究机构
已积极地开发研制 。
③低温渗透压脱水片
       低温渗透压脱水片由半透膜、 渗透压超过百万帕的物质 ( 如食用糖类的溶液) 和高分子吸水树脂构成 ,将其制成片状 ,即成渗透压脱水片 。在食品工业中 ,低温渗透压脱水片广泛应用于冷冻保存肉类 、 鱼类等 , 但冷冻与解冻时往往造成细胞组织的破坏和香味的流失 。 如果预先用脱水片除去一部分水分 , 再进行冷冻 ,细胞组织则保存完好 ,可提高食品的质量 。 其原理是 : 通常 ,食品中含有其自身重量65 %～95 %的水分 ,渗透压为几百至十几万帕 。 当这些食品与渗透压超过百万帕的物质( 如低温渗压脱水片) 接触时 , 由于渗透压的作用 , 食品中的水分即进入脱水片中 。操作时 ,将被脱水的食品用玻璃纸包好 ,放于脱水片之间 ,轻轻压紧 ,然后在低温下保持一段时间 ( 时间长短可根据食品加工保存 、 保鲜的要求而定) ,食品中的水分即能进入脱水片中 ,
从而达到任意控制食品水分的目的 。 使用过的脱水片取出干燥后可重复使用。
此外 ,用低温渗透压脱水片还可以制取低糖 、 低盐食品 ,在医学上有实用价值 。
④化妆品的添加剂
由于高分子吸水树脂的保湿性好 ,故在化妆品中添加极少量的吸水树脂便可代替一般的保湿剂 ,起到湿润皮肤的功效 。 另外 ,由于高分子吸水树脂吸水后成凝胶状 , 因此它比一般的水溶性高分子具有更高的粘度 ,利用其增稠性可赋予化妆品适当的粘度 ,如在雪花膏 、 粉底霜 、 香皂等化妆品中加入极少量的高分子吸水树脂 ,既可起到保水增稠的目的 ,还可起到保持香味持久的功效。
⑤土壤保水剂
向土壤中加入少量的高分子吸水树脂 ,可使土壤在较长的时间里有足够的水分供植物吸收 ,从而提高作物的产量 。 特别是在植树造林 、 荒山改造沙漠绿化中 , 可利用高分子吸水树脂来保持土壤水分 ,提高植物发芽率和成活率 。
⑥除臭剂 、 杀菌剂
利用含羧基聚合物的阴离子型高分子吸水树脂 , 可调节 p H 值 , 使其具有吸氨性 , 达到卫生间除臭的效果 。 例如 ,用高分子吸水树脂 、 三聚磷酸二氢铝脱臭剂和纤维状物质增强材料一起混合成型制成的脱臭剂 ,由于此基材中始终保持着酸性溶液 ,所以通过蒸发该溶液便可进行除臭 、 杀菌 。 若同时将香料加入基材中 , 则此材料还可不断散发香味 , 达到除臭留香的目的 。
⑦ 制作留香材料
将香料加入到高分子吸水树脂中混合均匀 , 利用高分子吸水树脂的吸附作用和缓释作用 ,便可制得各种留香材料 。 如漂香纸 ,它是在两面透气性都好的纸中间加上由高分子吸水树脂制成的香味薄膜 ,香味可通过纸表面向外扩散 ,达到长久留香的目的 ; 再如空气清新剂 ,是在高分子吸水树脂中加入香料和乳化剂制成 ,其制造工艺简单 ,干缩慢 ,且无分离现象 。 将漂香纸 、 空气清新剂等留香材料用到家庭 、 卫生室 、 会议室 、 车厢等处 , 可调节空气气氛 ,保持香味 。 近年来 ,留香材料发展很快 , 多是将香料浸泡或裹到高分子吸水树脂中制成香味薄膜 ,如用到挂历 、 台历 、 贺年卡 、 食品包装方面 ,能给使用者带来长久温馨的享受。
⑧吸水材料
1) 利用高分子吸水树脂对水的吸收量非常大 ,而对有机溶剂的吸收量较小的特点 ,将其用在含水的油品中 ,可快速有效地脱除油品中所含的水分 ,起到油水分离的作用 。
2) 利用高分子吸水树脂能平衡吸水的特点 , 即在高湿度下吸水 、 在低湿度下放水 , 可将其制成片状或纤维状 ,用于室内装饰材料中 , 能防止露水在墙壁天花板上凝结 。 另外 ,利用高分子吸水剂的这一特点 ,还可将其制成调温调湿剂 ,如交联聚丙烯酸钠吸水剂 ,当环境湿度大于 60 %时 ,它可吸水 ( 湿气) ,使环境温度有所上升 ,当湿度小于 60 %左右即可放出吸附水 ,使环境温度有所降低。
3) 以淀粉为基础原料 ,与丙烯腈 、 甲基丙烯酸甲酯 、 丙烯酸钠等分别进行接枝共聚反应 ,所得产品在高效混合器中配成 2 %的水溶液 , 再用聚氧乙烯壬代酚醚稀释 , 即为玻璃表面防雾剂 。 其在干燥环境下有较好的吸水性 , 成膜后透明度高 , 吸水后透光率变化小 ,形成的凝胶不会被过剩的水分冲走 ,反复吸水 、 干燥仍有防雾性 ,是较好的玻璃表面防雾剂 ,适用于火车和汽车的视野玻璃 、 门窗玻璃及农用塑料薄膜等 。
4) 将高分子吸水树脂制成油包水 ( W/ O) 型高分子吸水树脂乳液 ,再采用喷涂 、 浸涂等方法把树脂乳液加入吸水纸或无纺布中 ,即可制得超强吸水纸和吸水布 。
5) 将高分子吸水树脂与香料混合可用来制作吸汗脚垫 ,放在防护帽内可吸收汗液 ; 将其与吸潮的无机盐 ( 如 C aC l2 、 P 2O5 等) 混合也可制成调湿剂 , 用以调节环境中的湿度 。 由于高分子吸水树脂的吸水干燥能力和使用时间都远远大于普通干燥剂硅胶 ,因而 ,可用作硅胶干燥剂的换代产品 。

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