天然纖維素基高吸水性樹脂研究進展

潘滋涵

(承德石油高等專科學校 化學工程系，河北 承德 067000)

高吸水性樹脂突出的吸水、保水能力，使其在農林、衛生、醫療等領域應用廣泛。目前市場占有率最高的為合成系高吸水性樹脂，雖然其吸水能力優異，但是在耐鹽性、凝膠強度和可降解性方面的仍需進一步提升。纖維素廣泛存在于自然界，是豐富的可再生資源，采用天然纖維素作為原料，在高吸水性樹脂的合成過程中使親水基團與纖維素發生共聚反應，即可解決上述問題，制得具備一定耐鹽性和凝膠強度且可降解的高吸水性樹脂[1]。

1 根莖枝葉類高吸水性樹脂

植物的根莖、枝葉中含有豐富的纖維素資源，尤其是農作物的秸稈，生長周期短，價格低廉易獲得，利用這些植物根莖、枝葉中的天然纖維素制備高吸水性樹脂，不僅有利于高吸水性樹脂產業的發展，也對植物資源的合理利用有很大幫助。Liu等[2]對麥秸進行化學改性后與單體丙烯酸于水溶液中進行反應制得高吸水性樹脂，通過TGA分析，證明該聚合物具有良好的熱穩定性，其在蒸餾水中的吸水倍率可達417.02 g/g，在0.9 %中吸水倍率為45.02 g/g。Cheng等[3]對玉米秸稈進行脫木質素及磺化處理后，與丙烯酸進行接枝共聚，制得了高吸水性樹脂，并研究了引發劑、交聯劑、單體中和度、溫度對樹脂凝膠溶脹率的影響。艾買提江·薩伍提等[4]采用紫外光聚合法，以馬來酸化棉桿纖維素和腐植酸、丙烯酸為原料，制備了可生物降解高吸水性樹脂，其吸水倍率可達870 g/g，吸生理鹽水倍率達94 g/g。張學文[5]采用沙棘枝糠粉為原料制備了高吸水性樹脂，并將其應用于廢水處理和尿素緩釋領域。研究表明，該種樹脂對亞甲基藍有良好的吸附效果，并能負載尿素實現緩釋。賀龍強等[6]采用楊樹葉作為原料，預處理后和單體丙烯酸、丙烯酰胺反應制備高吸水性樹脂，制得樹脂對蒸餾水和0.9% NaCl溶液的吸水率分別可達486.3 g/g和160.2 g/g，具有優良的耐鹽性。

2 果實外皮類高吸水性樹脂

植物的果實外皮中含有豐富分纖維素，能夠進行高吸水性樹脂的制備，但是此類高吸水性樹脂原料來源不如植物根莖枝葉廣泛，且原料的處理加工難度更大。梁猛等[7]采用改性稻殼纖維素作為原料合成了高吸水性樹脂，其對吸去離子水和0.9%NaCl的吸液率分別為154.5 g/g和34.6 g/g。王宇[8]以廢棄咖啡殼為原料，制備高吸水性樹脂，該樹脂的最大吸蒸餾水倍率為436.2 g/g，吸生理鹽水倍率為198.1 g/g，具有較好的吸水率和優良的耐鹽性。Diao等[9]采用從花生殼中提取的纖維素為原料，與單體丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙磺酸反應制得高吸水性樹脂。研究表明，該種樹脂對重金屬離子有很好的吸附能力。孫慧慧等[10]采用反相懸浮聚合法，以天然柚子皮作為接枝骨架，丙烯酸作為親水性單體，制備了柚皮粉基高吸水性樹脂，并探討了主要合成條件對樹脂性能的影響。該樹脂的最大吸蒸餾水和生理鹽水倍率分別為362.29 g/g和42.49 g/g。

除了果實的外皮，某些植物的果瓤和花朵中也富含纖維素，可以用于高吸水性樹脂的合成。余云祥等[11]將絲瓜絡纖維羧甲基化后與丙烯酸接枝共聚制備高吸水性樹脂，具有優異的吸水性和一定的耐鹽性，其吸蒸餾水倍率可達1500 g/g，吸生理鹽水倍率為115 g/g。曾鈺等[12]采用入侵物種加拿大一枝黃花作為原料制備高吸水性樹脂，其吸水倍率為556.8 g/g，為該種植物的利用和處置找到了新途徑。

3 其他天然纖維素類高吸水性樹脂

一些水生植物和某些植物加工生產過程中的廢料也可以當作高吸水性樹脂生產合成的原料。王淑梅等[13]以水生植物水花生為原料，采用自由基聚合法，與單體丙烯酸接枝共聚，制得高吸水性樹脂，其吸水倍率最高為442 g/g。王云普等[14]采用廢棄材料天然野山杏肉作為原料，利用微波輻射反應方法，使其與單體丙烯酸、丙烯酰胺共聚，制得了高吸水性樹脂，其吸水和吸鹽水倍率分別為802 g/g和75 g/g，實現了廢棄物的有效利用。高桂林[15]采用桉木漂白硫酸鹽漿纖維素為原料制備得到了吸水倍率為1126 g/g、吸鹽水倍率為145 g/g的高吸水樹脂，提升了桉木紙漿的經濟附加值，并拓展了桉木紙漿的應用領域。

4 天然纖維素/無機粘土復合高吸水性樹脂

有著較強吸附能力和較高化學活性的無機粘土也可以作為高吸水性樹脂的合成原料之一。王瑞[16]在高吸水性樹脂合成過程中分別添加鈉基膨潤土和改性膨潤土，以期提升其耐鹽性和凝膠強度。實驗結果表明，膨潤土的加入，對吸水倍率的提升并不明顯，其作用主要體現在增強了樹脂的重復吸水率、保水能力、耐鹽性和凝膠強度。胡鵬等[17]采用樹葉纖維素和膨潤土作為原料制備高吸水性樹脂，并研究了其對土壤吸水率改善和作物生長的提升作用。

5 結語

以天然纖維素作為原料合成高吸水性樹脂，雖然在吸水率上與合成系高吸水性樹脂存在較大差距，但是其綜合性能上的優勢也十分突出，可以廣泛應用于對于吸水率要求不嚴苛，但是對耐鹽性、凝膠強度、降解性能要求較高的農林領域，是未來高吸水性樹脂的一條重要的綠色可持續發展道路。未來，對于天然纖維素系高吸水性樹脂的研究，應該側重于對于原料的篩選、對于合成工藝的優化以及對于綜合性能的提升，以尋找出來源廣泛、價格低廉，適用于樹脂合成的天然纖維素來源，探索流程簡單、穩定、易操作，原料處理和反應過程環境友好、低污染，生產出綜合性能優良，適用范圍廣的高吸水性樹脂產品。