[科普中国]-高吸水性树脂

高吸水性树脂是新开发的一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。以往使用的吸附材料，如纸、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15~40倍(指去离子水，以下同)，保水能力也相当差。70 年代中期，美国农业部研究中心首先开发出一种高吸水性树脂，此后各种类型的高吸水性树脂相继出现。这些树脂不溶于水，也不溶于有机溶剂，能吸收数百倍至数千倍于自身重量的水，而且保水性强，即使加压水也不会被挤出，因而引起了世界各国的关注。高吸水树脂的工业生产能力不断扩大，并广泛应用于医疗卫生、建筑材料、环境保护、农业、林业及食品工业。1

简介高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，如淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，一般作为医用材料，如尿布、卫生巾等，工业上亦用作堵漏材料。

发展历史1950年微架桥聚合丙烯酸(增粘剂)的工业化（Goodrich 公司；USA）

1960年亲水性高分子上市，架桥聚氧化乙烯（土壤保水剂），架桥聚乙烯醇（人工水晶体）

增粘剂

1974美国农业部发表了吸水性树脂的研究成果.

1978年世界上最早的吸水性树脂的商业化生产开始 (三洋化成)

吸水性树脂

1982年用于纸尿裤的需求增大。高分子凝胶的相转移理论的发表（田中豊一）

90年代高分子学会开始成立「高分子凝胶研究会」（对于机能性凝胶的研究发表日趋活跃）

机能性凝胶

它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高负荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。应用于农林业方面，可在植物根部形成“微型水库”。高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。此外，高吸水性树脂还可应用于医疗卫生、石油开采、建筑材料、交通运输等许多领域。

现有的高吸水性树脂的厂家有：三大雅精细化学品有限公司、日本触媒、得米化工、住友精化、巴斯夫、台塑这几大公司占了全球产量的99%，其中三大雅占55%。2

特性1.高吸水性：能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。

2.高吸水速率：每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。

3.高保水性：吸水后的凝胶在外加压力下，水也不容易从中挤出来。

4.高膨胀性：吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍。

5.吸氨性：低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有羧基阴离子，遇氨可将其吸收，有明显的去臭作用。3

材料分类高吸水性树脂发展很快，种类也日益增多，并且原料来源相当丰富，由于高吸水性树脂在分子结构上带有的亲水基团，或在化学结构上具有的低交联度或部分结晶结构又不尽相同，由此在赋予其高吸水性能的同时也形成了一些各自的特点。从原料来源、结构特点、性能特点、制品形态以及生产工艺等不同的角度出发，对高吸水性树脂进行分类，形成了多种多样的分类方法。

按原料来源进行分类

随着人们对高吸水性树脂研究的不断深入对传统的高吸水性树脂分为淀粉系列、纤维素系列和合成树脂系列的分类方法，已不能满足分类要求。因此，邹新禧教授结合自己的研究成果，提出了六大系列的分类。

淀粉系：包括接枝淀粉、羧甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉、淀粉黄原酸盐等；

纤维素系：包括接枝纤维素、羧甲基化纤维素、羟丙基化纤维素、黄原酸化纤维索等；

合成树脂系：包括聚丙烯酸盐类、聚乙烯醇类、聚氧化烷烃类、无机聚合物类等；4

蛋白质系列：包括大豆蛋白类、丝蛋白类、谷蛋白类等；

其他天然物及其衍生物系：包括果胶、藻酸、壳聚糖、肝素等；

共混物及复合物系：包括高吸水性树脂的共混、高吸水性树脂与无机物凝胶的复合物、高吸水性树脂与有机物的复合物等。

按亲水基团的种类进行分类

阴离子系：包括羧酸类、磺酸类、磷酸类等；

阳离子系：包括叔胺类、季胺类等；

两性离子系：包括羧酸-季胺类、磺酸-叔胺类；

非离子系：包括羟基类、酰胺基类等；

多种亲水基团系：包括羟基-羧酸类、羟基-羧酸基-酰胺基类、磺酸基-羧酸基类等。4

按亲水化方法进行分类

高吸水性树脂在分子结构上具有大量的亲水性化学基团，而这些基团的亲水性很大程度上影响着高吸水性树脂的吸水保水性能，如何有效获得这些化学基团在高吸水性树脂化学结构上的组织结构，充分发挥各化学基团所在亲水点的效能，已经成为对高吸水性树脂研究的重点。故可以从亲水化方法进行分类。

亲水性单体的聚合(如聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物等)；

疏水性(或亲水性差的)聚合物的羧甲基化(或羧烷基化)反应(如淀粉羧甲基化反应、纤维素羧甲基化反应、聚乙烯醇(PVA)-顺丁烯二酸酐的反应等)；

疏水性(或亲水性差的)聚合物接枝聚合亲水性单体(如淀粉接枝丙烯酸盐、淀粉接枝丙烯酰胺、纤维素接枝丙烯酸盐、淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚物等)；

含氰基、酯基、酰胺基的高分子的水解反应(如淀粉接枝丙烯腈后水解、丙烯酸酯-醋酸乙烯酯共聚物的水解、聚丙烯酰胺的水解等)。

按交联方式进行分类

高吸水性树脂交联控制是控制其空间组织结构状态的重要方面，其交联点的密度大小直接影响高吸水性树脂的吸水和保水能力。因此根据交联点形成方式的不同，可进行如下分类。

交联剂进行网状化反应(如多反应官能团的交联剂水溶性的聚合物、多价金属离子交联水溶性的聚合物、用高分子交联剂对水溶性的聚合物进行交联等)；

自交联网状化反应(如聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺等的自交联聚合反应)；

放射线照射网状化反应(如聚乙烯醇、聚氧化烷烃等通过放射线照射而进行交联)；

水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构(如聚丙烯酸与含长链(C12～C20)的醇进行酯化反应得到不溶性的高吸水性聚合物等) 。

其他分类方法

以制品形态分类，高吸水性树脂可分为粉末状、纤维状、膜片状、微球状等。

以制备方法分类，高吸水性树脂可分为合成高分子聚合交联、羧甲基化、淀粉接枝共聚、纤维素接枝共聚等。

以降解性能分类，SAP可分为非降解型(包括丙烯酸钠、甲基丙烯酸甲酯等聚合产品)、可降解型(包括淀粉、纤维素等天然高分子的接枝共聚产品)。

用途1)医疗卫生：卫生巾，尿垫，尿裤，医用床垫，吸水纸，缓释性药物，膏，水袋等。2)农业和园林：土壤保水，种子包衣，拌种育苗。

3)工业：止水膨胀橡胶，吸水防污涂料，防结露涂料，防静电涂料，油田堵水及油水分离，光缆

用阻胶带及缆膏，混凝土的养护等。

4)食品工业用吸水剂，水果和蔬菜的保鲜剂。5

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学