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超强吸水材料SAP应用和研究进展胡登平学号08080323摘要：超强吸水树脂作为一种新型的功能高分子材料，其具有两个显著特点:高吸水性和高保水性。
考虑其重要应用价值和经济价值[1-4]，人们对它的研究越来越立体化，多角度，本文先是简单介绍了超强吸水材料SAP的组成，结构，吸水原理和分类。
后面重点介绍了现在国内关于SAP的研究，着重讲解了SAP对农作物的生长，环境保护以及石油开采中的应用。
关键字：超强吸水材料应用现状研究进展一．SAP的组成和结构：SAP的中文全称是高吸水树脂，英文全称是Super absorbent polymer,它是一种功能高分子材料，具有很高的分子量，主要是有碳氢原子和杂原子组成。
其结构特征有三点：一是分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；二是树脂具有交联结构；三是聚合物内部具有较高的离子浓度。
再从三个角度解剖一下SAP的结构：从化学结构看，主链或侧链上含有亲水性基团，如-SO3H，-COOH，-CONH2，-OH等；从物理结构看，低交联度的三维网络，网络的骨架可以是淀粉，纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。
从微观结构看，因其合成体系不同而呈现多样性：淀粉接枝丙烯酸呈海岛型结构，纤维素接枝丙烯酰胺呈峰窝型结构，部分水解的聚丙烯酞胺树脂则呈粒状结构。
二．SAP的吸水原理和分类：一般吸水的原理分为物理吸附和化学吸附，而SAP正是通过化学键结合把水和亲水性基团结合在一起，从而达到吸水的目的，具体的吸水过程可以分为三步，首先是通过毛细管吸附和分散作用吸水，这一步的速度很慢的；而到了第二步速度明显增快，是水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,亲水基团离解,离子之间的静电排斥力使树脂的网络扩张。
最后随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。
SAP的分类方法很多，可以根据原料来源分为淀粉系，纤维素系以及合成高分子系[5-6]。
关于高吸水性树脂的研究与应用摘要：高吸水性树脂广泛地应用于各个行业领域，在经济建设中起着举足轻重的作用。
本文主要介绍了高吸水性树脂的研究方向和研究领域，以及高吸水性树脂在各个行业的应用与作用，并展望了高吸水性树脂的未来发展方向。
关键词：高吸水高分子树脂研究高吸水性树脂（SAP）是一种新型功能高分子材料。
它是具有亲水基团、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，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%以上。
SAP的优良特性决定了它具有广阔的应用前景，一般在医用材料、工业、建筑行业、轻工业、食品以及日用品等方面应用比较广泛。
一、高吸水性树脂的研究方向高吸水性树脂的研究主要是从吸水率、吸水速度、凝胶强度三个方面进行研究。
通过改进树脂粒子的形状，增大比表面积，可以提高其吸水率。
离子型的高吸水性树脂，如聚丙烯酸盐，由于同离子屏蔽效应造成其耐盐性差，通过于非离子型单体共聚，可以提高其耐盐性。
复合吸水材料是改进吸水性树脂凝胶强度的新方法。
为了提高吸水性树脂的吸水性能，广大科研工作者已经做了大量工作，不断优化和改进已有的合成体系，同时还在努力探索新的聚合方法和聚合体系。
高性能化、复合化和低成本的农用高吸水性树脂是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。
建筑工程 Architectural Engineering高性能混凝土有着内部结构强韧的特点，因此对高性能混凝土进行外部养护的效果不是特别显著。
相关高性能混凝土维护人员要多角度考虑高性能混凝土的养护方式，可以从高性能混凝土的内部养护开始，对高性能混凝土进行定期养护。
其中，高性能混凝土的内部固化养护技术可分为两大类：水饱和轻骨料内固化技术和高吸水性树脂内固化技术。
高吸水性树脂是一种高吸水率的高分子材料。
其内部空间结构能吸收和储存水分。
它在混凝土中充当水库的角色。
当渗透压力随水溶液变化时，释放水以改善混凝土内部相对湿度，从而达到内部养护的作用。
高吸水性树脂作为混凝土内部养护的主要材料，可以很大程度上减少混凝土收缩。
据调查显示，目前国内对内固化技术的研究还比较少，大多停留在试验阶段，并且我国国内还没有规范的内部固化技术研究。
因此，笔者主要是对比两种不同牌号的吸水树脂的实际使用结果，对高吸水性树脂在水泥砂浆中的应用进行了全面的研究。
一、试验材料及内容（一）试验原材料水泥应该选择选用P.O42.5级水泥。
经过严格的高性能混凝土挑选，最终选出泥浆含量、砂料密度等各项指标均符合相关规范的高性能混凝土。
使用的添加剂均是自主研发的引气减水剂，以保证最终结果的科学性。
为区分两种不同品牌的高吸水性树脂，笔者在试验的过程中将两种高吸水性树脂分别为编号1和编号2，在对高吸水性树脂投入到高性能混凝土的使用中，用量均占高性能混凝土质量的0.1%，无偏差。
（二）水泥胶砂试件强度试验本篇文章在进行水泥胶砂试件强度试验时，按照ISO法进行水泥胶砂的制备和强度检验工作，成型后的水泥胶砂试件尺寸分别设置为40mmx、40mmx、160mmx，等到24h之后，并且水泥胶砂脱模完成后，将处理好的水泥胶砂移到标准养护室进行养护，随后工作人员对水泥胶砂试件7d强度和28d强度进行测试。
在水泥砂浆的干缩性能试验测试前，采用了“水泥胶砂干缩试验方法”，除此之外，再用预吸水法将高吸水性树脂与水泥砂浆进行严格的比例混合。
2.12 高吸水性树脂高吸水性树脂，英文名Superabsorbent Polymers，英文简称SAP，是一种典型的功能高分子材料，也称超级吸水聚合物、超强吸水剂等，是一种具有松散网络结构的低交联度的亲水性高分子化合物，既不溶于水，也难溶于有机溶剂，具有迅速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍水分的能力。
高吸水性树脂品种很多，性能和用途也不相同，作为商品的主要是交联的聚丙烯酸盐、交联的聚丙烯酰胺及淀粉-丙烯酸接枝聚合物等。
目前，由于安全性和高的应用凝胶强度，聚丙烯酸盐型是最重要的高吸水性树脂类型，本文也主要讨论该类型的高吸水性树脂。
高吸水性树脂在卫生用品领域得到了极其广泛的应用，市场消费量逐年增大，约占总消费量的90%。
高分子量（100万~700万）的SAP主要用于个人卫生用品领域，低分子量（1000~10000）的SAP作为金属螯合剂在水处理领域去除腐蚀产品。
分子量在1万~100万的用于涂料和纺织品，如粘度增稠剂、分散剂、清洗产品用抗再沉积剂以及施胶造纸助剂等。
2.12.1 世界供需分析及预测高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。
美国、日本、德国、法国等发达国家一直走在前列，到20世纪80年代已实现了工业化生产。
世界高吸水性树脂的供应能完全满足需求，世界各地对高吸水性树脂均有需求，而世界生产地主要是北美、西欧和亚洲。
北美、中南美、中东欧、非洲、中东和大洋洲的高吸水性树脂以进口为主，西欧和亚洲以出口为主。
亚洲地区中，日本是主要的生产国和出口国，其他依次是中国、韩国和新加坡。
2013年世界各地区SAP供需平衡情况见表2.12-1。
表2.12-1 2013年世界各地区SAP供需状况2.12.1.1 世界供应状况分析及预测世界高吸水性树脂的生产集中在美国、日本、德国、法国、中国和韩国。
2013年世界高吸水性树脂的产能约为297.2万吨/年，产量约198万吨。
亚洲是世界高吸水性树脂最大的生产地区，约占世界总产能的60.8%，其他依次是北美和西欧，分别占世界总产能的20.1%和19.1%。
高分子吸水树脂SAP剖析
2010-7-31
高分子吸水树脂SAP剖析
高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)是一种新型功能高分子材料。
它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。
因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。
高吸水树脂是一类含有亲水基团和交联结构的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得。
按原料划分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纤维素系(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)几大类。
其中聚丙烯酸系高吸水树脂较淀粉系及纤维素系相比，具有生产成本低、工艺简单、生产效率高、吸水能力强、产品保质期长等一系列优点，成为当前该领域的研究热点。
目前世界高吸水树脂生产中，聚丙烯酸系占到80%。
高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。
吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。
与水接触时，水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。
由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。
由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。
水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。
同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。
当水中含有少量盐类时，反渗透压降低，同时由于反离子的屏蔽作用，使高分子链收缩，导致树脂的吸水能力大大下降。
通常，高吸水树脂在0.9% NaCl 溶液中的吸水能力只有在去离子水中的1/10左右。
吸水和保水是一个问题的两个方面，林润雄等对此进行了热力学探讨。
在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。
若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。
差热分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。
因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。
高吸水聚合物是上世纪60年代末发展起来的。
1961年美国农业部北方研究所首次将淀粉接枝于丙烯腈，制成一种超过传统吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。
1978年日本三洋化成株式会社率先将高吸水聚合物用于一次性尿布，从此引起了世界各国科学工作者的高度重视。
上世纪70年代末，美国UCC 公司提出用放射线处理交联各种氧化烯烃聚合物，合成了非离子型高吸水聚合物，其吸水能力达到2000倍，从而打开了合成非离子型高吸水聚合物的大门。
1983年，日本三洋化成又采用丙烯酸钾在甲基二丙烯酰胺等二烯化合物存在下，进行聚合制取高吸水聚合物。
之后，该公司又连续制成了各种改性聚丙烯酸和聚丙烯酰胺组合的高吸水聚合物体系。
上世纪末，各国科学家又相继进行开发，使高吸水聚合物在世界各国迅速发展。
目前，已形成日本触媒、三洋化成和德国Stockhausen公司三大生产集团三足鼎立态势，它们控制着当今世界70％的市
场，彼此之间又以技术合作方式进行国际性联合经营，垄断世界所有国家的高吸水聚合物销售权。
高吸水聚合物用途广泛，应用前景非常广阔。
目前其主要用途仍然是卫生用品，约占市场总量的70％左右。
由于聚丙烯酸钠高吸水树脂吸水能力很大，并具有优异的保水性能，所以作为土壤保水剂在农业、林业方面应用范围很广。
如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸钠，就能提高某些豆类的发芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透气性能增强。
另外，由于高吸水树脂的亲水性及优良的防雾性和抗结露性能，所以又可作为新的包装材料。
利用高吸水聚合物独特性能制成的包装薄膜可有效地保持食品鲜度。
在化妆品中加入少量的高吸水聚合物，还可使其乳液粘度增大，是一种理想的增稠剂。
利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有机溶剂的特点，在工业上又可作为脱水剂。
由于高吸水聚合物具有无毒、对人体无刺激性、无副反应、不引起血液凝固等特点，近年来，已被广泛应用于医药领域。
例如，用于含水量大、使用舒适的外用软膏；生产能吸收手术及外伤出血和分泌液，并可防止化脓的医用绷带及棉球；制造能使水分和药剂通过而微生物不能透过的抗感染性人造皮肤等。
随着科学技术的发展，环境保护已越来越受到人们的关注。
如果将高吸水聚合物装入到一个可溶于污水的袋中，并将此袋浸入污水中，当袋子被溶解后，高吸水聚合物就可迅速地吸收液体而使污水固体化。
在电子工业中，高吸水聚合物还可用作湿度传感器、水分测量传感器及漏水检测器等。
高吸水聚合物可作为重金属离子吸附剂及吸油材料等。
总之，高吸水聚合物是一种用途非常广泛的高分子材料，大力开发高吸水聚合物树脂具有巨大的市场潜力。
今年在我国北方大部分地区干旱少雨的情况下，如何进一步推广和使用高吸水聚合物，是摆在农业和林业科技工作者面前的一项迫切任务。
在西部大开发战略实施过程中，在改良土壤的工作中，大力开发和应用高吸水聚合物的多种实用功能，具有现实的社会效益和潜在的经济效益。
