【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)也有研究，黃明德等 [43]先對(duì)淀粉進(jìn)行微波糊化 6min，再于微波輻射下用丙烯腈接枝 19min 可得到 92%接枝率的接枝共聚物，大大節(jié)省了反應(yīng)時(shí)間和能源。也有人研究對(duì)纖維素微波輻射接枝甲基丙烯酸乙酯 [44]，效果亦優(yōu)于常規(guī)加熱方式。 微波輻射技術(shù)特別適用于干反應(yīng)，所以可利用微波輔助下的固相合成技術(shù)制備高吸水性樹脂。固相合成是指反應(yīng)物在干狀態(tài)或半干狀態(tài)下反應(yīng)，生成固體產(chǎn)物的合成方法。羅雁彬等 [2 45]進(jìn)行了烯烴類單體與淀粉的微波固相接枝共聚反應(yīng)的研究。在 110W 的功率下間歇進(jìn)行微波輻射 30min，用 Ce4+APS 復(fù)合引發(fā)劑引發(fā)淀粉接枝丙烯酸，得到共聚物的接枝率為 %，接枝枝鏈分子量為 104；同樣條件下用 Fe2+H2O2復(fù)合引發(fā)劑引發(fā)淀粉接枝丙烯酸丁酯，得到接枝共聚物的側(cè)鏈分子量為 105。路建美等 [4 47]還對(duì)微波輔助固相合成中單體的反應(yīng)速率進(jìn)行了研究。微波輔助固相合成具有許多引入注目的特點(diǎn)，首先，固相反應(yīng)的產(chǎn)物就是固體，不需要反應(yīng)溶劑介質(zhì)，亦不存在廢液處理問題 ，屬綠色清潔工藝；而且固相反應(yīng)局部濃度大，反應(yīng)速率高，與其它傳統(tǒng)合成方法比較可節(jié)省反應(yīng)時(shí)間；加之微波技術(shù)本身在加熱方式上的優(yōu)越性，微波固相合成高吸水性樹脂技術(shù)在近期一定會(huì)有大的發(fā)展。 輻射聚合 [26] 輻射聚合是指在不加引發(fā)劑和交聯(lián)劑的情況下，利用高能的電子束或者γ射線輻照單體溶液，使之產(chǎn)生自由基聚合，這種聚合方法也可以歸之為本體聚合。由于這種方法在聚合過程不加任何助劑，故所得的聚合物純度高，適于制成衛(wèi)生用品及醫(yī)藥用品。 此外，要合成高吸水性樹脂也可以用丙烯酰胺固相超聲波合成、射線照射淀粉接枝 11 丙烯酸 [16]、紫外光引發(fā)淀粉接枝丙烯腈 [48]以及超臨界流體中的高吸水樹脂生產(chǎn)等。 4 高吸水性樹脂的性能 [49] 吸水性 高吸水性樹脂的吸水性可從兩個(gè)方面反映：一是吸水溶脹的能力，以吸水率表示，目前報(bào)道的最大吸水率是 5000 倍，另一個(gè)是保水性。高吸水性樹脂的吸水能力不僅取決于聚合物的組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、分子量、交聯(lián)度等內(nèi)在因素，外界條件對(duì)其影響也很大。高吸水性樹脂吸水性能的測(cè)定方法很多 [50]，有篩網(wǎng)法、茶袋法、抽吸法、離心法等，因測(cè)定方法的不同而有差異，只能作為參考。 凝 膠強(qiáng)度 高吸水性樹脂吸水后，其凝膠需具有一定的強(qiáng)度，以維持良好的保水性和加工性能。聚合物本身的結(jié)構(gòu)及組成直接決定了高吸水性樹脂吸水后的強(qiáng)度，而且強(qiáng)度與吸水能力、吸水速度三者有相互依賴和相互矛盾的關(guān)系。 保水性 高吸水性樹脂不但吸水能力強(qiáng)，而且保水能力也非常強(qiáng)。所謂保水能力指的是吸水后的膨脹體能保持其水溶液不離析的狀態(tài)的能力。眾所周知，含有大量水的一般水凝膠都具有加壓難脫水，蒸發(fā)慢，對(duì)水的保持能力高的特點(diǎn)。高吸水性樹脂是水凝膠，當(dāng)然具有這些性質(zhì)。通常物質(zhì)的脫水主要有加熱蒸發(fā)脫水和加力脫水兩種。因 此，高吸水性樹脂也有自然條件保水性，熱保水性和加壓保水性等幾種保水性能。 水溶解性 高吸水性樹脂在化學(xué)結(jié)構(gòu)上都是通過單體交聯(lián)形成的體型高分子（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)），能夠吸水就是利用了它們?cè)谒心軌蚋叨热苊洝⒉蝗芙獾奶匦?。但是通過單體聚合制備的高吸水性樹脂，如果原來的單體是親水性或者水溶解性的，由于單體的殘留或者小分子鏈的存在，導(dǎo)致成品 高吸水性樹脂仍然存在一部分的水溶解性。這種特性對(duì)高吸水性樹脂的使用性能是一種不利因素，將表現(xiàn)為高吸水性樹脂的溶解損失?？刂七m當(dāng)?shù)木酆? 12 條件，提高單體的轉(zhuǎn)化率，降低小分子鏈的 產(chǎn)生比例以獲得適當(dāng)均勻的分子網(wǎng)絡(luò)對(duì)提高吸水性能有益。 穩(wěn)定性 高吸水性樹脂作為吸水性材料使用必然會(huì)受到外界條件，如光、熱、化學(xué)物質(zhì)以及其它條件的影響，使其吸水性能發(fā)生改變。因此，高吸水性樹脂的穩(wěn)定性主要包括熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性等。不同種類的高吸水性樹脂吸水后，其穩(wěn)定性有差異，如聚丙烯酸鹽類樹脂隨交聯(lián)度增加熱穩(wěn)定性也增大。常溫下，高吸水性樹脂可在密閉容器內(nèi)儲(chǔ)存 3～ 5年，其吸水能力不變，穩(wěn)定性很好。 增稠性 高吸水性樹脂凝膠具有特殊的流變性能，增稠性是其顯著特性，很少量的樹 脂就可使溶液粘度大大提高。高吸水性樹脂能夠高度增稠的特性，使其在有水的體系中獲得了廣泛的應(yīng)用。 選擇吸水性 當(dāng)水與水不溶性的溶劑混合后，比如油品與水混合的油水混合物，如果少量水乳化在油品中以后，高吸水性樹脂可以選擇吸收油品中的水分，作為油水分離劑使用。不過，值得提醒的是， SAP 用作粗略的除水劑是可行的，但作為精細(xì)的油品分離劑時(shí)，效果不好。 安全性 高吸水性樹脂根據(jù)制備原料不同，安全性不同。以天然高分子多糖與丙烯酸接枝共聚產(chǎn)品、丙烯酸鹽聚合物等樹脂，產(chǎn)品沒有毒性，聚丙烯酸鹽的安全 性甚至達(dá)到食品添加劑的應(yīng)用水準(zhǔn)。高吸水性樹脂作為土壤添加劑，不能含有對(duì)作物有害的化學(xué)成份， pH 值應(yīng)呈中性，無毒無臭無害，對(duì)人畜無不良影響。 相容性 高吸水性樹脂分子結(jié)構(gòu)上有諸多的極性基團(tuán)，與低極性的橡膠塑料共混性比較差， 13 但仍然可以制備有吸水性的塑膠制品 [51]。當(dāng)然加入高吸水性樹脂后會(huì)降低構(gòu)件的機(jī)械性能，但在諸如遇水膨脹橡膠等用途上，某些指標(biāo)的機(jī)械性能損失是可以接受的。在民用領(lǐng)域比如制作遇水膨脹玩具等橡塑制品，對(duì)機(jī)械性能要求也不是很高。 吸氨性 生理衛(wèi)生領(lǐng)域的氨和胺是異 味的主要來源。高吸水性樹脂分子上所含有的 COOH 具有緩沖能力和結(jié)合微量氨（胺）的能力，對(duì)氨（胺）有吸附性。該性能具有良好的實(shí)用價(jià)值。 5 高吸水性樹脂的應(yīng)用 高吸水性樹脂是 20世紀(jì) 60年代發(fā)展起來的一種功能性高分子材料，它能吸收相當(dāng)于自身質(zhì)量數(shù)百倍甚至上千倍的液體，同時(shí)具有較高的保液能力，特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還可以使樹脂具有對(duì)外界刺激的應(yīng)答性響應(yīng)，因此其用途十分廣泛。目前的產(chǎn)品主要用于以下幾個(gè)方面： 醫(yī)療、衛(wèi)生用品 由于高吸水性樹脂無毒、無刺激和高度生物相容等特性，在醫(yī)療衛(wèi)生用品領(lǐng)域得到了最 為廣泛的應(yīng)用。 在醫(yī)療衛(wèi)生用品領(lǐng)域，人們利用高吸水性樹脂的吸收尿液、血液、藥物等特性作為吸收材料，如衛(wèi)生巾、尿布、餐巾紙、失禁片、醫(yī)用藥棉等。高吸水性樹脂的超強(qiáng)吸水能力和保水能力使得生理衛(wèi)生方面的產(chǎn)品大大輕便化、小型化、舒適化、消除了人們很多苦惱。近些年來高吸水性樹脂已達(dá)年產(chǎn)近 100 萬噸，其中 80%～ 90%左右用于衛(wèi)生材料。在美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)用高吸水性樹脂作衛(wèi)生材料已基本普及 [5253]。 農(nóng)林、園藝 利用高吸水性樹脂吸水量大、保水率好、能改善土壤性能等特性，在干旱地區(qū)或干燥季節(jié)， 將其用于抗旱保墑、無土栽培、水稻旱育、荒山治理等方面，是高吸水性樹脂的一大應(yīng)用熱點(diǎn)。利用高吸水聚合物優(yōu)良的吸水、保水能力，可將其作為植物生育、生長促進(jìn)劑，苗木移植保存劑，水果與蔬菜保鮮劑等 [54]。 14 除此之外，在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用高吸水性樹脂可以減少灌溉水的損耗、降低植物的死亡率、提高土壤的肥力、加快作物的生長速度、增加作物的產(chǎn)量 [ 5556]，而且可使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤的透水性、透氣性、降低土壤的晝夜溫差，同時(shí)與肥料、農(nóng)藥作用可使它們緩慢釋放、增加肥料和農(nóng)藥的利用率和有效性。用于耕作的高吸水性樹脂可以 是薄膜狀、凝膠狀或泡沫狀，其用于正在生長的蔬菜和花的種子，可以增加生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)量 [57]，節(jié)省勞動(dòng)力。高吸水性樹脂吸水后，保存在苗床下面的適當(dāng)位置，利用毛細(xì)作用，逐漸供給植物水分，這樣可以達(dá)到緩釋水分的作用。對(duì)我國，特別是西北、華北干旱、半干旱地區(qū)而言，高吸水性樹脂的節(jié)水、保水、抗旱保苗、改良土壤、促進(jìn)植物生長的特殊性能，無疑是一個(gè)福音 [58]，越來越受到廣大農(nóng)民和科技工作者的關(guān)注 [3]。 生物醫(yī)藥 [5960] 制造衛(wèi)生及醫(yī)用材料是高吸水性樹脂應(yīng)用較為成熟的領(lǐng)域。有的國家 90%左右 的高吸水性樹脂用于生產(chǎn)衛(wèi)生及醫(yī)用材料。高吸水性樹脂作為吸水劑，吸水后形成的凝膠比較柔軟，對(duì)人體無刺激性、無副反應(yīng)、不發(fā)生炎癥、不引起血液凝固，還可用高分子材料補(bǔ)強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度，這些為其在醫(yī)藥上應(yīng)用創(chuàng)造了條件。近年來，高吸水性樹脂已用于能保持部分被測(cè)溶液的醫(yī)用檢驗(yàn)試片，含水量大、使用舒適的外用藥膏，能耐吸收浸出液并可防止化膿的制傷繃帶及人工皮膚，鼻腔塞，緩釋藥劑，能吸收手術(shù)及外傷出血和分泌液并防止化膿的醫(yī)用繃帶和棉球，人工臟器，牙科內(nèi)唾液吸收材料和抗血栓材料等。 在甲基丙烯酸 2羥基乙酯 丙烯酸甲酯共聚 物的凝膠中分散氟化鈉，可以控制氟離子緩慢放出，達(dá)到延長保護(hù)牙齒的作用，制成藥膏可以達(dá)到有效地防止傷處感染的目的。 另外，高吸水性聚合物還在隱形眼鏡、緩釋藥物基材等制造中得到應(yīng)用 [6162]，能通過調(diào)節(jié)含水率改變藥劑的釋放速度，避免隨時(shí)間推移，釋放速度逐漸降低。 土木建筑 [5 6364] 高吸水樹脂也是一種有效的建筑吸水材料和止水密封材料，可用作腳螺栓鉆孔脫水材料、污泥固化添加劑、墻壁與天花板材料、防水密封水泥添加劑、防潮劑、隧洞掘進(jìn)潤滑材料、脫水劑等。把高吸水樹脂和天然橡膠或氯丁橡膠混合， 可得到具有膨脹性、良好彈性和長期尺寸穩(wěn)定性好的土木建筑填縫材料，還可用作海水電纜的止水材料。再者，利用高吸水性樹脂在水中膨脹的性能，可以制備水膨脹性密封件、管路施工潤滑劑、防結(jié)露墻紙、止水板等，達(dá)到“以水治水”的目的；加入混凝土中，可以通過它吸收堿 15 性析出水，以防止水泥地面產(chǎn)生裂縫、麻點(diǎn)和白化等；在隧道工程中，在含有大量水的泥漿中加入吸水樹脂使其凝膠化，使泥漿容易排出，在隧道內(nèi)使用高吸水性樹脂則可以防止地下水流入隧道。 工業(yè)生產(chǎn) [65] 用高吸水性樹脂直接包覆電纜或制成帶子包覆電纜可以防止 水對(duì)電纜的侵害，目前在電力電纜和通訊電纜方面正在擴(kuò)大應(yīng)用，尤其是在光纖電纜方面，有廣闊的市場(chǎng)。 在包裝方面，高吸水性樹脂可用于危險(xiǎn)品、高中級(jí)實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)品、花卉和植物等的包裝運(yùn)輸；也可用于食品類的包裝，例如用高吸水性樹脂作肉類食品的襯托墊片，可防止從袋中取出時(shí)有液體物流出。另外還可用干粒狀高吸水性樹脂吸附濺落或泄漏的油品以及酸等類腐蝕性物質(zhì)。還可用于油類、樹脂添加劑、填料和溶劑脫水，以及吸收蓄冷劑、空氣過濾、防靜電密封等方面。 日用化工 在化妝品生產(chǎn)中，高吸水性樹脂可以作為化妝品的添加劑 來進(jìn)行應(yīng)用，可以使化妝品的效果更好，同時(shí)對(duì)皮膚起到保濕的效果。 在進(jìn)行花露水的生產(chǎn)時(shí)，一定要加入人工香料，同時(shí)還要加入酒精溶液，這樣是為了更好的使花露水達(dá)到清涼消毒的作用。但是在花露水生產(chǎn)過程中加入酒精溶液這種易揮發(fā)物質(zhì)是非常難的，因此在生產(chǎn)過程中加入高吸水性樹脂就能很好的解決這個(gè)問題。 在進(jìn)行香皂的生產(chǎn)時(shí)，在其中加入高吸水性樹脂可以使香皂的香味更加的持久，同時(shí)在儲(chǔ)存的時(shí)候也可以避免香皂出現(xiàn)變干的情況。 高吸水性樹脂在吸水之后進(jìn)行形成凝膠狀，這時(shí)這種材料的粘度是非常高的，在進(jìn)行洗發(fā)水 生產(chǎn)的時(shí)候，可以應(yīng)用這種材料，這樣對(duì)頭發(fā)和頭皮都是有很好的保護(hù)作用的，同時(shí)在使用的時(shí)候也不會(huì)出現(xiàn)泡沫過多的情況，方便使用。 高吸水性樹脂具有良好的吸附性和保濕性，吸水后成透明凝膠，即使在壓力下，水份也不跑出來。利用此特點(diǎn)可以作為化妝品的載體材料，用它配制營養(yǎng)型、藥物型化妝品。 高吸水性樹脂對(duì)香料有很好的吸附作用，緩慢釋放作用，因此，可以制作空氣新鮮膠、漂香紙和芳香凝膠片。 高吸水性樹脂與乙酸共聚物混合用吹塑成型法叮以吹塑成兒童玩具，這種玩具放在 16 水中可以自行漲大，成為膨脹玩具。 電 子工業(yè) [26] 在電子工業(yè)方面高吸水性樹脂可用于溫度傳感器，水分測(cè)量傳感器，漏水檢測(cè)器，光致變色元件，光應(yīng)答性元件，身體用電極，超聲波的探頭等。架設(shè)或在地下、海底鋪設(shè)電纜、光纖電纜時(shí)，在電纜芯與外皮包層之間施以高吸水性樹脂層，電纜損傷部位的高吸水性樹脂吸水膨脹后便可堵住損傷部位，防止水的入侵。 廢水處理 [60] 對(duì)于富含重金屬離子的工業(yè)廢水，可以利用合成類高吸水性樹脂進(jìn)行處理。主要是利用聚丙烯酸鹽 [6667]、聚丙烯酞胺 [68]及其改性產(chǎn)物等，能與多種金屬離子鰲合、吸附或發(fā)生離子交換等作用， 作為吸附劑有效去除工業(yè)廢水中有毒重金屬離子，回收貴金屬離子和過渡金屬離子。 其他 [ 6 6973] 除了上述各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用外，高吸水性樹脂還可用于食品加工、消防凝膠、化學(xué)抑塵劑、大分子生物物質(zhì)的濃縮、人造雪、環(huán)境保護(hù)、印刷與記錄材料、纖維工藝等各個(gè)領(lǐng)域。 總而言之，高吸水性樹脂以其獨(dú)特而又優(yōu)異性能受到人們的密切關(guān)注，是一種用途非常廣泛的高分子材料，具有很大的市場(chǎng)潛力，開發(fā)和應(yīng)用高吸水性樹脂具有重要意義。 6 實(shí)驗(yàn)部分 6. 1 實(shí)驗(yàn)藥品 表 1 實(shí)驗(yàn)中所用到的藥品 17 Table 1 the drugs used in the experiment 實(shí)驗(yàn)藥品 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 丙烯酸 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所 過硫酸銨 分析純 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 N， N亞甲基雙丙烯酰胺 分析純 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司 NaOH 分析純 天津大陸化學(xué)試劑廠