程华
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摘要:作为吸水性能较为优异的新型材料，聚丙烯酸类高吸水性树脂在近几年来被广泛的应用于多个领域中，并且取得了良好的应用效果，尤其是在卫生、农业、医药等领域更是深受欢迎。为了进一步优化聚丙烯酸类高吸水性树脂的性能，国内外的学者一直在进行相关方面的改性研究。本文在论述聚丙烯酸类高吸水性树脂的合成工艺与吸水机理的基础上，针对提高其凝胶强度、耐盐性、吸水性、生物降解性、抗菌性、树脂稳定性等方面进行深入研究。
关键词:高吸水性树脂；聚丙烯酸；改性
聚丙烯酸类高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，具有极佳的吸水与抗压保水性能，这是因为它主要由羟基、羧基等亲水基团构成，并且内部结构成交联网状态，在水合作用下，它能够快速吸收超过自身质量几百甚至上千倍的 水，并且能够将这种状态良好保持不受加压条件的影响。而这种特质也使其在农业、医学、园林和生理卫生用品等领域得到了普遍的应用。而为了进一步提高聚丙烯酸类高吸水性树脂的应用性能，国内外研究人员针对其耐盐性差、吸水量少、吸水速率慢、凝胶强度低等问题展开了深入研究，并且已经取得了良好的研究进展，总结出相对科学的改善策略，进一步提高了聚丙烯酸类高吸水性树脂的应用价值。
一、合成工艺与吸水机理
常见的高吸水性树脂制备方法主要包括溶液聚合、乳液聚合、反相悬浮聚合、辐射聚合等，其中，最为常见的为溶液聚合，其主要优势在于工艺简单、操作便捷，而所存在的主要问题在于聚合中后期散热困难，导致材料分子量偏低且体系黏度高；反相悬浮聚合有效的改善了溶液聚合的缺点，同时具有聚合速率高、条件温和、副反应低等优势，但其主要问题在于溶剂不易回收；辐射聚合的主要优势在于聚合速率快、聚合效果均匀且污染低，但其研究时间较短，相关工艺尚不成熟，仍处于实验室研究阶段，并未广泛的投入到工业生产中。
聚丙烯酸钠高吸水性树脂的吸水机理为其中包含大量亲水基团，在适当交联度的作用下，内部形成三维网络结构，利用网络结构内外离子浓度的差异形成渗透压，在渗透压的作用下外界的水分子会涌入树脂内部。当水分子进入树脂内部后会形成三种形态，第一种是结合水，既水分子与亲水基团融合形成的氢键，第二种为自由水，第三种是介于前两种水之间的束缚水。而三维网络结构会对水分子的运动进行限制，从而使树脂在受压情况下也不易发生失水现象，从而提高其保水性能。
二、聚丙烯酸类树脂改性策略
（一）提高凝胶强度
当下聚丙烯酸类高吸水性树脂的凝胶强度仅能满足普通的应用需求，在满足特殊应用要求方面仍存在强度较低的问题，而研究人员也针对其粘度较低的问题展开了相应的研究，其主要研究方向为通过交联度的提高而实现凝胶强度的提高。通过研究发现，交联密度与凝胶强度成正比关系，例如当聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有核－壳结构时，通过颗粒表面焦连处理使其表面交联度提高时，其凝胶强度也会随之增加。另外，如甲基丙烯酸-2-羟乙酯等非离子型单体的融入也会提高其凝胶强度。
（二）提高耐盐性能
相较于蒸馏水等物质，聚丙烯酸钠高吸水性树脂作为离子型物质其吸盐力与耐盐性都是相对较弱的，但在具体应用中，受应用途径的限制，它又不得不对富有电解质的水分进行吸收，因此耐盐性能的提高是聚丙烯酸钠高吸水性树脂应用性能研究中的重要课题。通过研究证明，通过非离子型亲水性单体与丙烯酸盐进行共聚反应，能够使高吸水性树脂中含有羟基、酰氨基等非离子性亲水集团，从而能够使其耐盐性能得到提升。
例如，采用静态溶液聚合法，将工业级丙烯酸和聚乙烯醇硫酸钠（sps）进行聚合，从而形成具有sps互穿网络的聚丙烯酸钠高吸水性树脂，sps能够提升其离子化程度与离子电荷浓度，从而使其具有更高的离子间静电斥力与聚合物链的扩张能力，从而不断优化其耐盐性能。
（三）改善吸水性
聚丙烯酸类高吸水性树脂有着极强的吸水性，这要得益于其独特的三维网络结构，正是因为这一独特的结构，使其吸水倍率能够达到千倍以上。大量的实验证实，如果将吸水材料的表面积增大，那么吸水材料的吸水速率就会明显提高，所以，结合吸水要求的不同，可以将产品的形状做的完全不同，海绵状、纤维状、球形状、粉末状，这些只是物理形态上发生的变化，其吸水性质没有发生原则性的改变。另外为了提高吸水速率，还可以通过表面交联的方式来达到目的这种方法的使用，有效避免了表面凝胶化的影响，进而使吸水速率明显提升。在合成聚丙烯酸钠吸水性树脂过程中，采用水溶液聚合的方法，合成过程中对产品表面进行交联处理，结果证实吸水性树脂的吸水性明显提升，另外在使用过程中选用合适的交联剂，也可以使吸水性树脂的吸水性能提高。
（四）生物降解性
聚丙烯类高吸水性树脂是很难自行降解的，这与该物质的骨架稳定间有着密切的关系，所以为了提高其生物降解性，通常情况下会采用可生物降解性的聚合物，例如壳聚糖、淀粉，纤维素等。有实验证实，利用水溶液聚合法制备淀粉-聚丙烯酸树脂，保水效果更佳，而且生物降解性明显，植物种植过程中可以发挥节水、保水、改良土壤的作用。
（五）抗菌性
为了使聚丙烯酸类高吸水性树脂能够在医学领域中得到进一步的拓展应用，对于其抗菌性进行了深入研究，采取接枝共聚、原位聚合等方法，在聚丙烯酸类高吸水性树脂中引入抗菌性物质，这些抗菌性物质包括有机抗菌基团和无菌抗菌剂，通过一系列的制备，能够发现所获得的数值，在抗菌上有着良好的效果，尤其是对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，抗菌效率可达75%以上，发现了树脂中的季铵基含量越多，那么它的抗菌效果就会更好。
（六）增强树脂稳定性
以超细颗粒酞菁颜料为着色剂，与丙烯酸、氢氧化钠、丙烯酰胺、交联剂、引发剂和营养液等一系列的原料进行着色聚合反应，制备出彩色共聚物高吸水性树脂，这种树脂有着蓄水、供水、蓄肥、供肥等功能，甚至能够支撑植物生长，更重要的是呈现出了色彩斑斓的外形，因其着色牢度高，没有出现颜色迁移，观赏性极佳。
以丙烯腈和丙烯酸钠为原料，利用二乙烯基苯为交联剂制备高吸水性树脂，在制作过程中采用吸水饱和烘干的方法，使重复使用后高吸水性树脂的吸水性能和凝胶状态能够得到确定，并将此方法与其他方法进行对比，发现经过重复使用后这种方法制备的高吸水性物质在性能上并没有明显的变化，可见二乙烯基苯这种交联剂对于高吸水性物质的稳定性有着重要作用。
结束语
总而言之，因聚丙烯酸类高吸水性树脂性能独特，应用前景光明，在众多研究者看来都非常珍贵，因此在其合成与性能上做出了深入的研究，未来这项工作的探索仍会继续，无论是在理论上还是在生产工艺上，都需要在探索间不断进步，发现更多的未知。
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