高吸水性树脂质涂料及其工艺和应用市场

派旗纳米 发布时间:2021/12/29 浏览次数:2491 分类:行业资讯

传统式的吸水材料如棉絮、打印纸张、海棉、塑料泡沫等吸湿倍数比较有限，一样平时仅有本身净重的20倍，且稍稍压挤，非常容易丧失水份。比较之下，高吸水树脂，也叫强力吸水能力高聚物(Super Absorbent Polymers，SAP)，具备与众不同的引风。

高吸水树脂是一种带有羧基(-COOH)、甲基(-OH)等强吸水性官能团，并具备毫无疑问化学交联度的水溶胀型高分子材料高聚物，既不溶解于水，也难溶解有机溶液，具备汲取本身十几倍乃至上万倍水的工作能力，且吸湿速度快，锁水特性好；即使充压也难把水星散出去。

高吸水性树脂的技术性一览如下图所示

图片出处：日经技术性线上

归类及特性

依据材料来源于、亲水基团引进方式、化学交联方式、商品外观设计等的不一样，高吸水性树脂可有多种多样分类方法，在其中以材料来源于这一分类方法更为常见。

按这类方式归类，高吸水性树脂关键可分成淀粉类食物、甲基纤维素类和生成高聚物类三大类。

一淀粉类食物

淀粉类食物高吸水性树脂关键有二种形势：

一种是木薯淀粉与丙烯腈(CH2=CHCN)开展热聚合反映后，用偏碱化学物质水解反应，引进吸水性官能团的物质，由联合国粮农组织北方地区科学研究正中间开发设计取得成功。

另一种是木薯淀粉与吸水性单个(如亚克力、正丁酸等)热聚合汇聚，随后用偶联剂化学交联的物质，是日本三洋化为企业创造发明的。

木薯淀粉改性材料的高吸水性树脂的益处是材料来源于深厚，商品吸湿倍数较高，通常都是在万倍以上；瑕玷是吸湿后疑胶抗压强度低，长期性保水溶性差，在应用中容易受病菌等微生物菌种溶解而丧失吸湿、锁水功效。

二甲基纤维素类

甲基纤维素改性材料高吸水性树脂也是有二种形势：一种是甲基纤维素与一氯冰醋酸反映，引进羧甲基后，用偶联剂化学交联而成的物质；另一种是由甲基纤维素与吸水性单个热聚合的共聚物物质。

甲基纤维素改性材料高吸水性树脂的吸湿倍数较低，与此同时亦存有易受疾病的溶解丧失吸湿、锁水工作能力的瑕玷。

三生成高聚物类

生成高吸水性树脂现阶段关键有四种种类。

1聚丙烯酸酸盐

这也是现阶段生产制造较多的一类生成高吸水性树脂，由亚克力或其酸盐与具备二官能基的单个共聚物而成。制取方式有溶液聚合后干躁破碎和飘浮汇聚二种。这产品吸湿倍数较高，一样平时均在万倍以上。

2聚噻吩水解反应物

将聚噻吩用偏碱化学物质水解反应，再经偶联剂化学交联，即得高吸水性树脂。如将废锦纶丝水解反应后用氢氧化钠溶液化学交联的物质即是该类。由于磺酸基的水解反应不容易完全，商品中亲水基团成分较低，故这类商品的吸湿倍数不太高，一样平时在500~1000倍上下。

3乙酸乙烯酯聚合物

将乙酸乙烯酯与丙烯酸甲酯开展共聚物，随后将物质用碱水解反应后获得乙烯醇与丙烯酸盐的聚合物，不用偶联剂就可以变成不溶解于水的高吸水性树脂，这类环氧树脂在吸湿后有较高的冲击韧性，应用领域比较广泛。

4改性材料丙烯酸乳液类

这类高吸水性树脂由丁醛与环形酸酐反映而成，不需另加偶联剂就可以变成不溶解于水的物质。吸湿倍数为150~400倍，虽吸水能力较低，但前期吸湿速率较快，耐温性和保水溶性都不错，故是一类可用面比较广泛的高吸水性树脂。

生成方式

高吸水性树脂的制造方式如下图

一淀粉类食物高吸水性树脂的制取方式

先将丙烯腈热聚合到木薯淀粉等吸水性当然高分子材料上，再添加强酸使磺酸基(-CN)水解反应成羧酸盐和氟苯官能团。这类热聚合化反映通常选用四价铈作引发剂，反映在溶液中开展。

用该方式制取的高吸水性树脂虽然有不错的吸水能力，但由于反映系统软件的粘稠度通常非常大，水解反应不太可能十分完全，最后成品中会残余有害的丙烯腈单个，故限制了两者的运用。

日本三洋化为企业采用的修改方式是将木薯淀粉和亚克力在引发剂功效下开展改性共聚物。这类办法的单个转换率较高，残余单个仅0.4 %下列，并且不含毒性。我国的长春市应用化学研究室选用60Co－γX射线直射玉米淀粉和花生仁木薯淀粉造成氧自由基，随后在溶液中引起热聚合正丁酸，获得了吸水性达2000倍的高吸水能力木薯淀粉环氧树脂。

二甲基纤维素类高吸水性树脂的制取方式

甲基纤维素类高吸水性树脂的制取方式是1978年由法国赫尔斯特(Hoist)企业最先产品研发的。甲基纤维素分子结构中带有可反映的活力甲基，在偏碱物质中，以多官能团异构单个做为偶联剂，与卤代油酸（如一氯冰醋酸）或别的醚化剂（如环氧乙烷）开展醚化反映和化学交联反映，可获得不一样吸水性的高吸水性树脂。

甲基纤维素也可选用与别的单个开展改性共聚物，引进吸水性官能团的办法来制得高吸水性树脂。制取方式与淀粉类食物基原形同。如单个可选用丙烯腈、亚克力以及盐、正丁酸等，偶联剂可选用双丙烯酰胺基化学物质，如N,N-甲基二正丁酸等，引起系统软件则可选用亚盐双氧水、四价铈盐、黄原酸酯等；也可以用γX射线辐射源引起。

不一样的引起方式所得的的聚合物，其相对分子质量和碳键总数区别非常大。

与淀粉类食物高吸水性树脂对比，甲基纤维素类的吸水能力较为低，一样平时为本身净重的十几倍，可是做为甲基纤维素形状的吸水能力环氧树脂在一些尤其形势的主要用途层面，淀粉类食物常常没法庖代。比如，与人造纤维混纺布制做高吸水能力纺织物，以改进人造纤维的吸水能力能。这方面的运用显而易见非甲基纤维素类莫属。

三生成高聚物类高吸水性树脂的制取方式

生成高聚物类高吸水性树脂现阶段关键有聚丙烯酸盐系和丙烯酸乳液系两个系列产品。依据常用材料、制取方式和亲水基团引进方式的不一样，衍化出许多种类。

1聚丙烯酸盐系

此类高吸水性树脂的制取方式关键选用亚克力立即汇聚皂脚法、聚噻吩水解反应法和丙烯酸酯乳液水解反应法三种方式，最后商品均为化学交联型构造，亚克力立即汇聚皂脚法，亚克力在汇聚全过程中由于氢键作用十分明显，积极加快效用焦虑不安。因而反映中后期非常容易产生疑胶。所以选用丙烯酸钠与二烯类单个立即共聚物的办法来处理汇聚上的艰难。

亚克力以及酸盐是水溶单个。若欲制取颗粒的高吸水性树脂，常选用有机溶液反向飘浮聚就在。

将聚噻吩用碱水解反应，再用室内甲醛、氢氧化镁等偶联剂化学交联成网状组织分子结构，也是制取高吸水性树脂的有效的方法之一。

这类方式较适用锦纶废丝的收购行驶。如用氢氧化镁化学交联锦纶废丝的皂脚物质，最后商品的吸水性为本身净重的700倍。

适过聚丙烯酸酯的水解引进吸水性官能团是现阶段制取聚丙烯酸盐系高吸水性树脂最常见的方式。这也是因为丙烯酸树脂种类多种多样，自聚、共聚物特性都十分好，可依据不一样汇聚方式制取不一样样子舶环氧树脂。用碱水解反应后，依据水解程度的不一样，就可获得粉状、颗粒乃至粘状的吸水能力各不相同的高吸水性树脂。

最常见的是将丙烯酸树脂与二烯类单个在润湿剂存有下开展飘浮汇聚，再用碱开展一部分溶解的方式。物质的吸水性为300~1000倍。用丙烯酸丁酯与丙烯酸树脂共聚物后水解反应，可获得特性更强的高吸水性树脂。如丙烯酸丁酯与丙烯酸甲酯共聚物后用碱皂脚，物质在吸水材料情况下仍具备较高韧性，对波粒二象性的牢固性出色，且具备精湛的保水溶性。

2丙烯酸乳液系

丙烯酸乳液是一种水溶高分子材料，分子结构中出现很多活力甲基，用毫无疑问方式使其化学交联，并引进水解性官能团，可得到高吸水能力的化学交联物质。常用的偶联剂有顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、双丙烯酰胺油酸等。这种偶联剂在起化学交联功效的与此同时，引进了水解性官能团，造成了一石二鸟的結果。

依据偶联剂的不一样，吸水性一样平时为本身净重的700~1500倍。

本质特征及影响因素

高吸水性树脂的本质特征包含吸水能力、保水溶性、吸湿速率、疑胶抗压强度、含盐量借助性等多种指标值，如下所示表

一高吸水能力

做为高吸水性树脂，高的吸水能力是其最焦虑不安的特点之一。从现在早已研制的高吸水性树脂看来，吸水性均在本身净重的500~12000倍上下，最大可达4000倍以上，是纸和棉絮等原材料吸水能力的100倍上下。

调查高吸水性树脂吸水能力的指标值通常有两个，一是吸水性，二是吸湿速率。

二吸水性

吸水性是环氧树脂吸水能力最常见的指标值。物理意义为1克环氧树脂汲取的水的重量。企业为g水/环氧树脂。

危害环氧树脂吸水性有很多要素，除开商品自身的有机化学构成以外，还与设备的交连度、水解度和被吸药液的脾气等相关。

1化学交联度对吸水能力的危害

高吸水性树脂在没经化学交联前，一样平时是水溶的，不具有吸水能力或吸水能力很低，因而通常必需开展化学交联。

但试验注释，交联密度过高对吸水能力并无利处。交联密度过高，一方面，网格图过小而危害水分的渗入，另一方面，塑胶延展性的功效扩大，也不利水分向网格图内的渗入，因而导致吸水能力的减少。

如用三乙二醇双丙烯酸树脂(TEGDMA)做为偶联剂与一部分水解反应聚丙烯酸甲酯(HPMA)反合时，当偶联剂使用量为单个净重的0.6 %下列时，吸水性随偶联剂的使用量提高而提高；当偶联剂使用量超过1.1%时，吸水性随偶联剂使用量的提高而急剧下降。对溶液、生成尿、生成血的汲取工作能力与偶联剂的关联，都遵循以上一样的规律性。

2水解度对吸水性的危害

高吸水性树脂的吸水性一样平时随水解度的提高而提高。但实际上，每每每水解度高过毫无疑问标值后，吸水性反倒着陆。这也是因为伴随着水解度的提高，吸水性官能团的数额虽然提高，但偶联剂一部分也将产生水解反应而破裂，使环氧树脂的网格图受到损坏，进而危害吸水能力。

3pH值与盐份对吸水性的危害

高吸水性树脂是高分子材料电解质溶液，水里酸盐成分的出现和pH值的变化都是会显著危害环氧树脂的吸水能力。这也是因为酸、碱、盐的存有，二层面危害亲水性的羧酸盐官能团的离解，另一方面由于盐效应而使原先在水中应扩大的网袼收拢，与水分的感染力减少。

三吸湿速度

在环氧树脂的有机化学构成、化学交联度等要素都明确以后。高吸水性树脂的吸湿速率关键受其外观设计所危害。

一样平时而言，环氧树脂的外型积越大，吸湿速率也越来越快。因此，粘状环氧树脂的吸湿速率通常较快，而与水触碰后容易集聚参团的粉状环氧树脂的吸湿速率相应比较慢。

与打印纸张、棉絮、海棉等吸水材料对比，高吸水性树脂的吸湿速度比较慢，一样平时在1分至数分钟内吸水流量做到较大。

1充压保水溶性

与打印纸张、棉絮和海棉等材质的物理学吸湿功效不一样，高吸水性树脂的吸水能力是由氧化作用和物理学功效一同奉献的，即行驶分子结构中很多的羧基、甲基和酰氧官能团与水分中间的明显凡德瓦力汲取水分，并由网状组织的塑胶延展性功效将水分牢固地管束在网格图中，一旦吸足水时，即产生溶胀的凝胶体。

这类凝胶体的锁水工作能力很强，即使在充压下也不容易挤出。比如，将300g沙子与0.3 g(0.1%)高吸水性树脂混和，添加100g水，放置20℃、空气湿度60%的条件下，大概30天之后，水才挥发干，而倘若不用高吸水性树脂，则在一样标准下，只需7天，水份就彻底挥发。

2吸氨性

高吸水性树脂一样平时为含羧酸基的阳离子高分子材料，为发展吸水能力，务必开展皂脚，使绝大多数羧酸官能团转变为羧酸盐官能团。但通常环氧树脂的水解度仅70%上下，另有30％上下的羧酸官能团保存出来，使环氧树脂展现毫无疑问的酸性，这类酸性促使他们对氨那般的碱性物质有很强的汲取功效。

高吸水性树脂的这类吸氨性，格外有益于尿不湿、日用品和公共卫生间等场所的除味，因为小便是我们人体的粪便，在其中带有尿素溶液酶。在尿素溶液酶的作用下，小便中的尿素溶液逐渐转化成氨。而高吸水性树脂不但能汲取氨，使小便呈中性化，与此同时也有抑制尿素溶液酶的分解作用的作用，进而避免了臭味的造成。

销售市场展望

2012年全世界的高吸水性树脂的销售量比去年提升4.8％，约为180万吨级，销售总额约为3839亿日元，如下图。

高吸水树脂世界各地关键生产商的设备生产制造工作能力如下所示表所显示

高吸水树脂的运用产业链包含卫生材料和非卫生材料两类，在其中94％的应用领域是卫生材料，包含婴儿尿不湿、成人纸尿裤和心理状态日用品等。

2013年全世界尿不湿销售量约为1459亿枚。在我国等新兴经济体我国，伴随着生活水平的发展，尿不湿的推广水平历久弥新扩张，高吸水性树脂的要求也会随着扩张。往后面有希望承继完成提升。

按地区分类的尿不湿销售市场层面，日本市场需求处在饱和状态情况，遭受高龄化危害，预估往后面的销售市场可能变小。英国和欧洲地区等地也存有类同的状况，预估该销售市场往后面将一样或者微减。而在我国，在经济发展迅速提升的情况下，婴儿尿不湿的要求已经扩张；在一带一路、中东地区、中南美、非州等新兴经济体我国，伴随着社会经济的提升，尿不湿的使用率也在提高，要求预估可能扩张。

除开卫生材料，高吸水性树脂做为发展沙土保水溶性的改性工程塑料，市场前景也深受看中。比如，土地沙漠化避免新项目很有可能会对这类原材料造成要求。

以日美欧为正中间，世界各国都是在根据国家项目，开发设计以生态资源为材料的高吸水性树脂。日本、我国已经科学研究土地荒漠化预防技术性，有关高吸水性树脂的现行政策如下所示表。

高吸水性树脂的关键主要用途是卫生材料，回应地，申请专利中“卫生材料”的申请办理总数也是较多，紧随厥后的是“农牧业和园艺种植”、“诊疗”。

下面的图为1980～2012年间，高吸水性树脂各主要用途按申请者美籍统计分析的申请办理总数

日美欧均为“卫生材料”的比率最大，除“卫生材料”外，日户籍地申请者在“农牧业和园艺种植”、英国籍申请者及欧洲地区籍申请者在“诊疗”主要用途的申请办理总数也占据了相当大的占比。中国国籍申请者的一个特性是“农牧业和园艺种植”的比率高过他国。

在申请专利的前10名中，在全部调研期限内，日本触煤位居第一，法国BASF和赢创工业生产(Evonik)紧随厥后。下面为宝洁(P&G)、住友精华、SDP全世界、金佰利、花王、三菱化学、尤妮佳。

日本专利权厅表露主要表现，申请专利总数多，注释日本公司在高吸水性树脂行业的技术水平。公司应充分运用技术水平和生产能力，在新兴经济体我国的婴儿尿不湿和心理状态日用品销售市场上扩张市场份额，与此同时在全世界营销推广应用日式成人纸尿裤的医护管理体系。政府组织应积极主动为日本公司的经济全球化发展趋势给予支撑点。

并且，为了更好地开发设计高吸水性树脂的创新技术性，政府组织还理应积极主动努力实现高校和公共性科学研究组织的参加，根据扩大高吸水性树脂的基本产品研发，推动产学官协作。

根据开发设计高吸水性树脂的新主要用途，造就卫生材料销售市场以后的新销售市场。格外是农牧业和园艺种植主要用途，做为避免天气变暖、处理人口数量提升引起的粮食作物题型的对策，在行驶日本造就的高吸水性树脂技术性，促进土地荒漠化预防和节约用水农牧业等，根据技术性扩张销售市场的与此同时，还需要为完成绿色发展的社会发展做出贡献。

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