聚丙烯酸類高吸水樹(shù)脂合成改性研究的進(jìn)展

劉捷

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

關(guān)鍵詞：丙烯酸；吸水樹(shù)脂；改性

1 概述

聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂具有吸水量大、吸水速率快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際使用過(guò)程中也存在著諸多缺點(diǎn)，如耐鹽性差、吸水后的凝膠強(qiáng)度不足，為彌補(bǔ)上述不足，同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂的應(yīng)用領(lǐng)域，聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂的合成改性仍然是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

2 聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂合成改性研究進(jìn)展

2.1 耐鹽性

由于聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂中羧酸根陰離子基團(tuán)對(duì)電解質(zhì)十分敏感，其在吸收鹽水時(shí)的吸收能力遠(yuǎn)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(shù)脂的研究重點(diǎn)，可從以下幾個(gè)方面考慮：引入非離子基團(tuán)、與無(wú)機(jī)物復(fù)合、改變交聯(lián)結(jié)構(gòu)（例如引入多重交聯(lián)結(jié)構(gòu)、制備互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等）、引入疏水長(zhǎng)鏈單體等。王樂(lè)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(zhì)，經(jīng)反相懸浮聚合合成了超強(qiáng)吸水樹(shù)脂，結(jié)果顯示吸水量達(dá)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(jī)化學(xué)交聯(lián)劑的前提下合成出聚丙烯酸鈉超強(qiáng)吸水樹(shù)脂，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過(guò)聚合物鏈內(nèi)、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(jià)交聯(lián)位點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且交聯(lián)結(jié)構(gòu)中還存在可逆的物料交聯(lián)，結(jié)果顯示吸水樹(shù)脂的機(jī)械性能好、吸水量達(dá)到2300g/g、吸鹽水量達(dá)到220g/g。

2.2 吸水速度

早期，研究者主要通過(guò)增大吸水樹(shù)脂的比表面積（例如將吸水樹(shù)脂制成纖維狀、制備粒徑更小的樹(shù)脂球等）從而增大吸水樹(shù)脂與水的接觸面來(lái)提高吸水速度，而后慢慢發(fā)展為在吸水樹(shù)脂表面交聯(lián)親水性基團(tuán)，近來(lái)則是發(fā)現(xiàn)在制備吸水樹(shù)脂的同時(shí)進(jìn)行發(fā)泡可得到具有更為蓬松孔洞結(jié)構(gòu)的三維網(wǎng)絡(luò)，但該方法有一個(gè)缺陷，容易導(dǎo)致吸水樹(shù)脂的強(qiáng)度下降，采用此方法改性時(shí)需平衡吸水速度和機(jī)械強(qiáng)度之間的關(guān)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(duì)吸漲速度至關(guān)重要，結(jié)果顯示超高吸水聚合物可在30秒內(nèi)達(dá)到吸水平衡，并且吸鹽水速度可達(dá)到18.4g/g。

2.3 抗菌性

為了進(jìn)一步拓展聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂在抗菌要求較高的醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用，研究者不斷對(duì)聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂進(jìn)行抗菌改性，主要是通過(guò)在樹(shù)脂中引入具有抗菌作用的抗菌物質(zhì)，包括引入有機(jī)抗菌基團(tuán)和無(wú)機(jī)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(guò)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(duì)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(shù)脂的骨架結(jié)構(gòu)為自然界中難以自行降解的C-C鍵，可通過(guò)引入容易降解的組分來(lái)提高其生物降解性，其中主要是通過(guò)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(zhì)素等。Otjhman A.Hamed等[5]通過(guò)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(wú)機(jī)材料硅藻土存在下，通過(guò)丙烯酸在木葡聚糖的多糖鏈上進(jìn)行接枝共聚，制得了可生物降解的有機(jī)無(wú)機(jī)超吸收劑，結(jié)果顯示對(duì)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(jié)束語(yǔ)

目前，聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂的改性局限于改性物、改性手段的研究，對(duì)相關(guān)的改性機(jī)理缺乏深入的研究，對(duì)吸水樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系尚不明確，如果能在理論上對(duì)機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系做出合理、深入的解釋，那么未來(lái)就可根據(jù)所需要的性能，從分子水平上設(shè)計(jì)如何對(duì)聚丙烯酸類吸水樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。

參考文獻(xiàn)

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

[2]Ming Zhong，F(xiàn)u-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.