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-SO
3H，-COOH，-CONH
2，
-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]。
也可以按亲水基团引入方式分类，分为亲水单体直接聚合；疏水性单体羧甲基化；疏水性聚合物用亲水单体接枝；腈基、酯基水解。
按交联方法分类，分为用交联剂网状化反应；自身交联网状化反应；辐射交联；在水溶性聚合物中引入疏水基团或结晶结构。
三．SAP的应用和研究进展：
SAP是上世纪60年代末发展起来的。
在人们日常生活中，工业上，农业中已经得到广泛的应用，在日常生活中的产品中用到SAP的有：吸水性抹布、、插花材料、婴儿一次性尿布、宇航员尿巾、妇女卫生用品、餐巾、手帕、绷带、脱脂棉等；在农业上有农用保水剂、土壤改良剂；此外SAP还用作医疗卫生材料，如外用药膏的基材、缓释性药剂、抗血栓材料；
在工业上有工业吸水剂：如堵水剂、脱水剂；以及在食品工业用作包装材料、保鲜材料、脱水剂、食品增量剂等。
可以看出SAP可谓深入各个角落，无处不在。
由于今年来西部干旱缺水的情况越发严重，SAP作为保水剂的研究也在紧锣密鼓的进行，同时各种吸水树脂也层出不穷。
下面介绍几种SAP的合成及应用。
首先是三种以淀粉为原料的SAP的制备；第一种是高直链超强吸水树脂，主要研究它的制备和吸湿和保湿功能的比较，具体制备是以：以高直链淀粉为原料，丙烯酰胺为接枝单体，
过硫酸钾作为引发剂，N，N一亚甲基双丙烯酸胺作为交联剂，制备强吸水材料。
并用红外图谱表征结构，而吸水和保水性能测试则是则是通过与变色硅胶进行比较得到初步的结果。
最终结果表明该吸水材料具有较大的吸湿容量和良好的吸湿稳定性，红外图谱显示所制备的材料具有大量的亲水基团，在90％相对湿度下的平衡吸湿量达到了150g／g，保湿性能好，优于传统使用的变色硅胶，在吸湿保湿方面具有一定应用潜力[7]。
而第二种则是改性淀粉的SAP制备，制备采用了反相乳液法，最终得到的结论是以淀粉为主要原料,采用反相乳液聚合方法通过淀粉与丙烯酸的接枝共聚反应能得到改性淀粉超强吸水树脂;淀粉乳浓度、反应温度、引发剂和交联剂用量、单体淀粉比配比、中和度等是影响产物吸水性能的主要因素;在吸水和保水方面则是由于直链淀粉的SAP，改性淀粉吸水性树脂吸去离子水达1400余倍,吸自来水达320倍[8]。
第三种则是将淀粉和纤维素结合制备SAP,采用的制备方法也是截然不同，它采用自由基聚合法，以过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,羧甲基纤维素,玉米淀粉与丙烯酸钠进行自由基接枝共聚合成吸水剂，实验结果表明它也是一种很好的超强吸水材料[9]。
以上是以淀粉为原料的制备方法，下面扼要的介绍一下SAP的应用。
首先是新型抑尘剂的应用研究，以西安为例，分析西安扬尘污染情况，获得扬尘污染的规律，然后以天然淀粉，丙烯酸，和丙三醇制备无毒，无污染，价格实惠，、易自然降解的吸水材料，并评价它的保湿性能[10]。
其次再来看看SAP对小麦的出叶的影响，学者研究了SAP与营养渡和水的配台使用对小麦的出叶情况和群体动态变化的影响，得到的结论是作为实施节水农业的新材料．SAP可在于旱地区和干旱季节广泛试验与应用[11]。
除了小麦，SAP的保水性能对水稻也有着重要的作用。
以膨润土复合丙烯酰胺SAP和淀粉接枝丙烯酸SAP的防渗剂能增强水稻的抗旱能力，为水稻创造良好的土壤条件，提高水稻对水分和养分的利用率，促进根系生长，促进了水稻生长和发育[12]。
众所周知，在石油开采中，漏油是经常可见事，超强吸水树脂是一种较为理想的堵漏材料,它能很好地解决钻井过程中的恶性漏失。
西南石油大学测试了不同条件下超强吸水树脂的承压能力,包括不同渗透率、不同温度下吸水树脂的承压变化。
得出的结论是在吸水树脂堵漏过程中,漏失量并非一直降低,而是一个先增加后降低最后再增加的过程[13]。
以此同时也有了超强吸水树脂深部调剖技术[14]，这种技术可以明显提高油量，减少损失。
四．结语与展望
随着人们对SAP的深入研究，不断有各有功能化的超强吸水材料诞生了，但是就面前国内来看，仍然存在SAP种类少，成本高的问题，结合该材料的特点和现在国内的发展现状，SAP应向着以下几个方面发展[15]。
（1）拓宽合成渠道，简化工艺，降低成本。
（2）深入理论研究，探索作用机理。
（3）加大环保力度，研发可降解的SAP.
（4）实现多学科交叉，研发复合型材料。
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