聚丙烯酸類高吸水樹脂合成改性研究的進展

劉捷

摘 要：文章主要介紹聚丙烯酸類吸水樹脂在合成改性方面的研究進展，包括耐鹽性、吸水速度、抗菌性、生物降解性幾個方面。希望通過文章的分析，能夠進行相關工作的發(fā)展。

關鍵詞：丙烯酸；吸水樹脂；改性

1 概述

聚丙烯酸類吸水樹脂具有吸水量大、吸水速率快、價格便宜等優(yōu)點，但是在實際使用過程中也存在著諸多缺點，如耐鹽性差、吸水后的凝膠強度不足，為彌補上述不足，同時進一步擴大聚丙烯酸類吸水樹脂的應用領域，聚丙烯酸類吸水樹脂的合成改性仍然是當下的研究熱點。

2 聚丙烯酸類吸水樹脂合成改性研究進展

2.1 耐鹽性

由于聚丙烯酸類吸水樹脂中羧酸根陰離子基團對電解質十分敏感，其在吸收鹽水時的吸收能力遠低于吸收蒸餾水的能力，因此，耐鹽改性一直是聚丙烯酸類吸水樹脂的研究重點，可從以下幾個方面考慮：引入非離子基團、與無機物復合、改變交聯(lián)結構（例如引入多重交聯(lián)結構、制備互穿網絡結構等）、引入疏水長鏈單體等。王樂明等[1]以丙烯酸、丙烯酰胺、含有聚氧乙烯鏈段的大分子單體（甲氧基聚氧乙烯單甲基丙烯酸酯）為原料，十八烷基磷酸單酯為懸浮穩(wěn)定劑，環(huán)己烷為分散介質，經反相懸浮聚合合成了超強吸水樹脂，結果顯示吸水量達到930mL/g、吸生理鹽水94mL/g，耐鹽性和吸水性均得到提高。而Ming Zhong等[2]則在不添加任何有機化學交聯(lián)劑的前提下合成出聚丙烯酸鈉超強吸水樹脂，其網絡結構是通過聚合物鏈內、聚合物鏈間的氫鍵以及乙烯基雜化二氧化硅納米粒子提交共價交聯(lián)位點來實現的，并且交聯(lián)結構中還存在可逆的物料交聯(lián)，結果顯示吸水樹脂的機械性能好、吸水量達到2300g/g、吸鹽水量達到220g/g。

2.2 吸水速度

早期，研究者主要通過增大吸水樹脂的比表面積（例如將吸水樹脂制成纖維狀、制備粒徑更小的樹脂球等）從而增大吸水樹脂與水的接觸面來提高吸水速度，而后慢慢發(fā)展為在吸水樹脂表面交聯(lián)親水性基團，近來則是發(fā)現在制備吸水樹脂的同時進行發(fā)泡可得到具有更為蓬松孔洞結構的三維網絡，但該方法有一個缺陷，容易導致吸水樹脂的強度下降，采用此方法改性時需平衡吸水速度和機械強度之間的關系。Hai-ming Chen等[3]就是以丙烯酸、丙烯酰胺作為原料，可聚合型的大分子表面活性劑作為多重交聯(lián)劑，碳酸氫鈉/丙酮作為發(fā)泡劑，Pluronic F127作為穩(wěn)定劑合成出超高吸水聚合物，其中發(fā)泡劑對吸漲速度至關重要，結果顯示超高吸水聚合物可在30秒內達到吸水平衡，并且吸鹽水速度可達到18.4g/g。

2.3 抗菌性

為了進一步拓展聚丙烯酸類吸水樹脂在抗菌要求較高的醫(yī)療衛(wèi)生等領域的應用，研究者不斷對聚丙烯酸類吸水樹脂進行抗菌改性，主要是通過在樹脂中引入具有抗菌作用的抗菌物質，包括引入有機抗菌基團和無機抗菌劑，例如季銨鹽、納米銀等，引入的方式包括接枝共聚、原位聚合等。Guang-hua He等[4]以丙烯酸、丙烯酰胺和高取代度的季銨殼聚糖為原料、過硫酸鉀作為引發(fā)劑和N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑制備了殼聚糖-g-聚（丙烯酸-共-丙烯酰胺）超吸收水凝膠，其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有較好的抗菌活性，并且該水凝膠還具有pH敏感性。

2.4 生物降解性

聚丙烯酸類吸水樹脂的骨架結構為自然界中難以自行降解的C-C鍵，可通過引入容易降解的組分來提高其生物降解性，其中主要是通過引入可生物降解的天然物，例如淀粉、糖類、纖維素、海藻酸、木質素等。Otjhman A.Hamed等[5]通過部分中和的丙烯酸在交聯(lián)劑烯丙基蔗糖和環(huán)氧烯丙基蔗糖的存在下的溶液聚合得出超吸收聚合物，與蔗糖基交聯(lián)劑交聯(lián)的超吸收聚合物在生物體綠膿桿菌和紅色毛癬菌的影響下顯示出降解行為。JF Mukerabigwi等[6]在無機材料硅藻土存在下，通過丙烯酸在木葡聚糖的多糖鏈上進行接枝共聚，制得了可生物降解的有機無機超吸收劑，結果顯示對生理鹽水和去離子水的吸收量分別為1057.06±69.53g/g、65.97±5.43g/g。

3 結束語

目前，聚丙烯酸類吸水樹脂的改性局限于改性物、改性手段的研究，對相關的改性機理缺乏深入的研究，對吸水樹脂的結構與性能之間的關系尚不明確，如果能在理論上對機理、結構與性能關系做出合理、深入的解釋，那么未來就可根據所需要的性能，從分子水平上設計如何對聚丙烯酸類吸水樹脂的結構進行改性。

參考文獻

[1]王樂明，李小紅，等.反相懸浮法合成耐鹽性超強吸水劑[J].膠體與聚合物，2007，25（1）：31-33.

[2]Ming Zhong，Fu-Kuan Shi，等. Tough superabsorbent poly（acrylic acid） nanocomposite physical hydrogels fabricated by a dually cross-linked single network strategy[J].Chinese Chemical Letters，2016，27（3）：312-316.

[3]Hai-ming Chen，He Huang. Fast-swelling superabsorbent polymers with polymerizable macromolecular surfactant as crosslinker[J].Journal of Applied Polymer Science，2016，133（47）：44173.

[4]Guang-hua He，Wan-wan Ke，等.Preparation and properties of quaternary ammonium chitosan-g-poly（acrylic acid-co-acrylamide） superabsorbent hydrogels[J]， Reactive & Functional Polymers， 2017， 111：14-21.

[5] Otjhman A.Hamed，等.New routes to prepare superabsorbent polymers free of acrylate cross-linker[J].Iranian Polymer Journal，2015，24（10）：849-859.

[6]JF Mukerabigwi，等.Synthesis and properties of a novel ecofriendly superabsorbent hydrogel nanocomposite based on xyloglucan-graft-poly（acrylic acid）/diatomite[J].Rsc Advances，2015， 5（102）：83732-83742.