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【高吸水树脂球】高吸水树脂的发展与前景

来源:知识百科 时间:2019-05-18 点击: 推荐访问:高吸水树脂有毒吗

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[摘 要]高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料,应用广泛,市场前景广阔。近年来,高吸水性树脂的开发在我国发展较快,经过多年努力,研制一系列新型有机无机复合高效吸水树脂,实现低成本耐盐碱和多功能化。这些研究将我国高吸水树脂生产和应用提高到新的层次。
  [关键词]高吸水树脂 发展现状 应用前景 新型复合高吸水树脂
  
  一、高吸水树脂
  高吸水树脂是一种典型的功能高分子材料,能吸收并保持自身质量数百倍至数千倍的水分。由于其在分子结构上带有大量具有很强的亲水性的化学基因,而这些化学基因又可形成各种相应的复杂结构,从而使得该类材料高吸水和高保水特性。
  (一)高吸水树脂的特点
  1.吸水量高
  常用的吸水材料海绵等吸水能力为自身重量20倍左右,而淀粉类树脂可吸收自身重量的数百千倍的水。
  2.保水性好
  普通吸水材料吸水后,受到压力,易放出水,但高吸水性树脂受压,水不容易从树脂中放出来,也就是说它在外加压力下仍具有良好的保水性。
  3.热稳定性好
  不同吸水树脂,有不同的热稳定性。淀粉类在150度加热1h,开始变黑,吸水能力下降,如把高吸水树脂储存在密封容器中,可储存3-4h,其吸水能力不变。
  4.增稠性
  高吸水性树脂吸水后呈水凝状,比普通水溶性的更高的黏度,明显的增稠效果。
  (二)高吸水树脂的分类
  1.淀粉类
  淀粉是一种原料来源广泛、种类多、价格低廉的多羟基天然化合物。与淀粉进行接枝共聚反应的单体主要是亲水性和水解后变成亲水性的乙烯类单体。目前合成高吸水树枝通常采用的是自由基型接枝共聚。
  2.合成树脂系
  它的种类很多,且随着研究的深入,也越来越多。主要有丙烯酸类、聚丙烯醇类等,其中以丙烯酸类最重要。
  3.纤维系类
  由于淀粉系高吸水性树脂的出现,人们想到用纤维素为原料制备高吸水树脂。纤维原料来源广泛,能与多种低分子反应,是近十年来高吸水树脂发展的一个方面。
  4.有机-无机复合高吸水性树脂
  20世纪80年代Pandurange等将高吸水性树脂与其他材料复合,发现可以有效地改善其耐盐性、凝胶强度、热稳定性和保水性等性能。因此,有机-无机复合材料能得到迅速的发展,并在高吸水性树脂领域占据了重要位置。
  
  二、国内高吸水树脂的发展现状
  国内高吸水树脂的研究工作起步较晚,始于20世纪初,经过多年发展,全国已有30多家单位从事超强吸水树脂研究。其在我国经历了剖析仿制、跟踪研发和自主创新三个阶段。20世纪中后期,经过众多研究单位和努力,取得了一批成果。90年代中后期,研究工作的深入,开发发展较快,生产一系列农用高吸水树脂,并在节水农业等方面得到了应用。
  
  三、高吸水树脂的应用前景
  从我国的农业生产环境和生态恢复等客观条件来看,高吸水树脂市场前景良好,其原因如下:其一,近年来,全球干旱面积在扩大,在旱涝病虫害等灾害中,旱灾已经成为对农作物影响最大的天灾;其二,我国水资源紧缺,而且水资源分布不均匀。
  高吸水树脂有巨大的市场需求,但没有在我国广泛应用其制约因素如下:
  (一)理论吸水倍率高,实际使用效果差
  在实际使用过程中,金属离子和环境的ph等因素对其吸水保水性能有显著影响。在纯水中高吸水树脂在高盐碱地区的实际使用过程中仅有几十倍甚至几倍的吸水能力。
  (二)一次吸水倍率高,而反复使用性能差
  高吸水倍率的树脂,因交联强度低,反复使用性能差,如粉末状的保水剂吸水后呈糊状,透气差,造成板结土壤;反复使用性能提高后,树脂的吸水倍率又较低,因此如何协调好二者之间的关系是需要进一步解决的关键。
  (三)成本高,功能单一
  目前高吸水性树脂的价格偏高,淀粉类一般具有较高的吸水倍率但是其耐盐碱性差,凝胶差,使用寿命短,纤维素类有良好的耐盐碱性,但是其吸水倍率差。所以农用高吸水树脂的高性能化、复合化和低成本成为未来研究的发展方向。
  我国的研究起步较晚,尚未形成规模生产能力,因此未来在研究和应用高吸水性树脂应主要加强以下几个方面的工作:
  1.加强其制备方法的研究
  它的综合性能的改善取决于多种因素,但制备方法的研究非常重要。反应原料不同的聚合工艺或采用相同的反应原料而不同的合成手段,其产物的性能有较大差别。
  2.加强有机-无机复合研究
  复合化是改进树脂吸水性能和强度的新方法。树脂可易于无机物、有机物复合,制备出性能优良,成本低廉的吸水材料,其兼有多种性能。
  3.加强多功能的研究
  目前在农业应用中,单一用高吸水性树脂很难发挥作用,需要与各种肥料抗旱剂和微量元素配合使用,以提高土壤的保水抗旱能力和肥力。
  
  四、新型的丙烯酸系凹凸棒黏土复合高吸水树脂
  (一)制备原理
  石油丙烯酸单体再引发剂、交联剂的作用下发生聚合交联,从而形成了纤维网络状结构的交联聚合物。其制备工艺简单,吸水倍率高,被广泛应用于很多领域。
  (二)制备方法
  在氮气保护下,将4.05g酸处理的凹凸棒黏土的蒸馏水混合加入装有磁力搅拌器、冷凝管、温度计以及氮气导管的250ml四口瓶中,剧烈搅拌30min备用。室温下,将36g用NaOH部分中和的丙烯酸加入四口瓶,同时加入0.0811g的交联剂,搅拌一定时间后,加入0.4054g的引发剂,保持3-5h,反应结束后,将产物用甲醇/水溶液洗涤,置入烘箱中在60-80度的条件下烘至恒温,将其粉碎过80目网筛,得到产品。
  (三)性能研究
  1.失水性能
  对于复合高吸水性树脂,其单位体积内的亲水基团的数量小于交联的聚丙烯酸,则其自由水的含量高于交联的聚丙烯酸。因此,在100度下,复合高吸水性树脂比聚丙烯酸更容易失水的特征。
  2.反复吸水-失水性能
  复合高吸水性树脂反复5次后的吸水性能高达初始吸水倍率的80%以上,这说明复合高吸水性树脂具有良好的重复使用性能。
  
  五、复合式高吸水树脂的应用展望
  在《国家中长期科学和技术发展规划纲要的》重点领域中,指出水和矿产等资源是可持续发展的重要物质基础,其发展思路是:重点研究农业高效节水、城市水循环利用技术和海水淡化等水资源开发技术,因此复合式树脂在该方面的应用将有广泛的前景。
  
  参考文献
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