SAP(高吸水樹脂(Super Absorbent Polymer))

高吸水樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一種新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，並且保水性能優良，一旦吸水膨脹成為水凝膠時，即使加壓也很難把水分離出來。因此，它在個人衛生用品、工農業生產、土木建築等各個領域都有廣泛用途。

高吸水樹脂是一類含有親水基團和交聯結構的大分子，最早由Fanta 等採用澱粉接枝聚丙烯腈再經皂化製得。按原料劃分，有澱粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)幾大類。其中聚丙烯酸系高吸水樹脂較澱粉系及纖維素系相比，具有生產成本低、工藝簡單、生產效率高、吸水能力強、產品保質期長等一系列優點，成為當前該領域的研究熱點。

基本介紹

• 中文名：高吸水樹脂
• 外文名：Super Absorbent Polymer
• 簡稱：SAP
• 類型：新型功能高分子材料

原理

目前世界高吸水樹脂生產中，聚丙烯酸系占到80%。 高吸水樹脂一般為含有親水基團和交聯結構的高分子電解質。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯成網狀結構，從而達到整體上的緊固。與水接觸時，水分子通過毛細作用及擴散作用滲透到樹脂中，鏈上的電離基團在水中電離。由於鏈上同離子之間的靜電斥力而使高分子鏈伸展溶脹。由於電中性要求，反離子不能遷移到樹脂外部，樹脂內外部溶液間的離子濃度差形成反滲透壓。水在反滲透壓的作用下進一步進入樹脂中，形成水凝膠。 同時，樹脂本身的交聯網狀結構及氫鍵作用，又限制了凝膠的無限膨脹。 當水中含有少量鹽類時，反滲透壓降低，同時由於反離子的禁止作用，使高分子鏈收縮，導致樹脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水樹脂在0.9% NaCl溶液中的吸水能力只有在去離子水中的1/10左右。 吸水和保水是一個問題的兩個方面，林潤雄等對此進行了熱力學探討。在一定溫度和壓力下，高吸水樹脂能自發地吸水，水進入樹脂中，使整個體系的自由焓降低，直到平衡。若水從樹脂中逸出，使自由焓升高，則不利於體系的穩定。差熱分析表明，高吸水樹脂吸收的水在150°C以上仍有50%封閉在凝膠網路中。因此，常溫下即使施加壓力，水也不會從高吸水樹脂中逸出，這是由高吸水樹脂的熱力學性質決定的。

歷史

高吸水聚合物是上世紀60年代末發展起來的。1961年美國農業部北方研究所首次將澱粉接枝於丙烯腈，製成一種超過傳統吸水材料的 HSPAN澱粉丙烯腈接枝共聚物。1978年日本三洋化成株式會社率先將高吸水聚合物用於一次性尿布，從此引起了世界各國科學工作者的高度重視。上世紀70年代末，美國UCC公司提出用放射線處理交聯各種氧化烯烴聚合物，合成了非離子型高吸水聚合物，其吸水能力達到2000倍，從而打開了合成非離子型高吸水聚合物的大門。1983年，日本三洋化成又採用丙烯酸鉀在甲基二丙烯醯胺等二烯化合物存在下，進行聚合製取高吸水聚合物。之後，該公司又連續製成了各種改性聚丙烯酸和聚丙烯醯胺組合的高吸水聚合物體系。上世紀末，各國科學家又相繼進行開發，使高吸水聚合物在世界各國迅速發展。目前，已形成日本觸媒、三洋化成和德國Stockhausen公司三大生產集團三足鼎立態勢，它們控制著當今世界70%的市場，彼此之間又以技術合作方式進行國際性聯合經營，壟斷世界所有國家的高吸水聚合物銷售權。 高吸水聚合物用途廣泛，套用前景非常廣闊。目前其主要用途仍然是衛生用品，約占市場總量的70%左右。

用途

由於聚丙烯酸鈉高吸水樹脂吸水能力很大，並具有優異的保水性能，所以作為土壤保水劑在農業、林業方面套用範圍很廣。如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸鈉，就能提高某些豆類的發芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透氣性能增強。另外，由於高吸水樹脂的親水性及優良的防霧性和抗結露性能，所以又可作為新的包裝材料。利用高吸水聚合物獨特性能製成的包裝薄膜可有效地保持食品鮮度。在化妝品中加入少量的高吸水聚合物，還可使其乳液粘度增大，是一種理想的增稠劑。利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有機溶劑的特點，在工業上又可作為脫水劑。

由於高吸水聚合物具有無毒、對人體無刺激性、無副反應、不引起血液凝固等特點，近年來，已被廣泛套用於醫藥領域。例如，用於含水量大、使用舒適的外用軟膏；生產能吸收手術及外傷出血和分泌液，並可防止化膿的醫用繃帶及棉球；製造能使水分和藥劑通過而微生物不能透過的抗感染性人造皮膚等。

隨著科學技術的發展，環境保護已越來越受到人們的關注。如果將高吸水聚合物裝入到一個可溶於污水的袋中，並將此袋浸入污水中，當袋子被溶解後，高吸水聚合物就可迅速地吸收液體而使污水固體化。

在電子工業中，高吸水聚合物還可用作濕度感測器、水分測量感測器及漏水檢測器等。高吸水聚合物可作為重金屬離子吸附劑及吸油材料等。

總之，高吸水聚合物是一種用途非常廣泛的高分子材料，大力開發高吸水聚合物樹脂具有巨大的市場潛力。今年在我國北方大部分地區乾旱少雨的情況下，如何進一步推廣和使用高吸水聚合物，是擺在農業和林業科技工作者面前的一項迫切任務。在西部大開發戰略實施過程中，在改良土壤的工作中，大力開發和套用高吸水聚合物的多種實用功能，具有現實的社會效益和潛在的經濟效益。

套用領域

1、在農業與園藝方面的套用

用於農業與園藝方面的高吸水性樹脂又稱為保水劑和土壤改良劑。我國是世界上缺水較嚴重的國家，因此，保水劑的套用就顯得越來越重要，目前國內已有十幾家科研院所的研製高吸水性樹脂產品用於糧、棉、油、糖、煙、果、菜、林等60多種植物上進行套用試驗，推廣面積超過7萬多公頃，並在西北、內蒙等地利用高吸水性樹脂進行大面積防砂綠化造林。用於這方面的高吸水性樹脂主要是澱粉接枝丙烯酸鹽聚合交聯物和丙烯醯胺-丙烯酸鹽共聚交聯物，其中鹽已由鈉型轉向鉀型。使用的方法主要有拌種、噴撤、穴施、或用水調成糊狀後浸泡植物根部。同時，還可以利用高吸水性樹脂對化肥進行包衣後施肥，充分發揮化肥的利用率，防止浪費和污染。國外還利用高吸水性樹脂作為水果、蔬菜、食品保鮮包裝材料。

2、在醫用、衛生方面的套用

主要用作衛生棉、嬰兒尿布、餐巾、醫用冰袋；用於調節環境氣氛的膠狀日用芳香材料。用作軟膏、霜劑、擦劑、巴布劑等的基質醫用材料，具有保濕、增稠、皮膚浸潤、膠凝的作用。還可以製作成控制藥物釋放量、釋放時間、釋放空間的智慧型載體。

3、在工業方面的套用

利用高吸水性樹脂高溫吸水低溫釋放水的功能製作工業防潮劑。在油田採油作業中，尤其老油田的採油作業，利用超高相對分子質量的聚丙烯醯胺的水溶液進行驅油效果非常好。還可以用於有機溶劑的脫水，尤其對極性小的有機溶劑其脫水效果十分顯著。還有工業用的增稠劑、水溶性塗料等。

4、在建築方面的套用

在水利工程使用的遇水快速膨脹材料，是純粹的高吸水性樹脂，主要用於汛期大壩洞的堵漏、地下室、隧道、捷運預製縫的堵水；用於城市污水處理和疏竣工程的泥漿固化，以便於挖掘和運輸等。