天然纖維素基高吸水性樹脂研究進(jìn)展

潘滋涵

(承德石油高等?？茖W(xué)校 化學(xué)工程系，河北 承德 067000)

高吸水性樹脂突出的吸水、保水能力，使其在農(nóng)林、衛(wèi)生、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前市場占有率最高的為合成系高吸水性樹脂，雖然其吸水能力優(yōu)異，但是在耐鹽性、凝膠強(qiáng)度和可降解性方面的仍需進(jìn)一步提升。纖維素廣泛存在于自然界，是豐富的可再生資源，采用天然纖維素作為原料，在高吸水性樹脂的合成過程中使親水基團(tuán)與纖維素發(fā)生共聚反應(yīng)，即可解決上述問題，制得具備一定耐鹽性和凝膠強(qiáng)度且可降解的高吸水性樹脂[1]。

1 根莖枝葉類高吸水性樹脂

植物的根莖、枝葉中含有豐富的纖維素資源，尤其是農(nóng)作物的秸稈，生長周期短，價格低廉易獲得，利用這些植物根莖、枝葉中的天然纖維素制備高吸水性樹脂，不僅有利于高吸水性樹脂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也對植物資源的合理利用有很大幫助。Liu等[2]對麥秸進(jìn)行化學(xué)改性后與單體丙烯酸于水溶液中進(jìn)行反應(yīng)制得高吸水性樹脂，通過TGA分析，證明該聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性，其在蒸餾水中的吸水倍率可達(dá)417.02 g/g，在0.9 %中吸水倍率為45.02 g/g。Cheng等[3]對玉米秸稈進(jìn)行脫木質(zhì)素及磺化處理后，與丙烯酸進(jìn)行接枝共聚，制得了高吸水性樹脂，并研究了引發(fā)劑、交聯(lián)劑、單體中和度、溫度對樹脂凝膠溶脹率的影響。艾買提江·薩伍提等[4]采用紫外光聚合法，以馬來酸化棉桿纖維素和腐植酸、丙烯酸為原料，制備了可生物降解高吸水性樹脂，其吸水倍率可達(dá)870 g/g，吸生理鹽水倍率達(dá)94 g/g。張學(xué)文[5]采用沙棘枝糠粉為原料制備了高吸水性樹脂，并將其應(yīng)用于廢水處理和尿素緩釋領(lǐng)域。研究表明，該種樹脂對亞甲基藍(lán)有良好的吸附效果，并能負(fù)載尿素實現(xiàn)緩釋。賀龍強(qiáng)等[6]采用楊樹葉作為原料，預(yù)處理后和單體丙烯酸、丙烯酰胺反應(yīng)制備高吸水性樹脂，制得樹脂對蒸餾水和0.9% NaCl溶液的吸水率分別可達(dá)486.3 g/g和160.2 g/g，具有優(yōu)良的耐鹽性。

2 果實外皮類高吸水性樹脂

植物的果實外皮中含有豐富分纖維素，能夠進(jìn)行高吸水性樹脂的制備，但是此類高吸水性樹脂原料來源不如植物根莖枝葉廣泛，且原料的處理加工難度更大。梁猛等[7]采用改性稻殼纖維素作為原料合成了高吸水性樹脂，其對吸去離子水和0.9%NaCl的吸液率分別為154.5 g/g和34.6 g/g。王宇[8]以廢棄咖啡殼為原料，制備高吸水性樹脂，該樹脂的最大吸蒸餾水倍率為436.2 g/g，吸生理鹽水倍率為198.1 g/g，具有較好的吸水率和優(yōu)良的耐鹽性。Diao等[9]采用從花生殼中提取的纖維素為原料，與單體丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙磺酸反應(yīng)制得高吸水性樹脂。研究表明，該種樹脂對重金屬離子有很好的吸附能力。孫慧慧等[10]采用反相懸浮聚合法，以天然柚子皮作為接枝骨架，丙烯酸作為親水性單體，制備了柚皮粉基高吸水性樹脂，并探討了主要合成條件對樹脂性能的影響。該樹脂的最大吸蒸餾水和生理鹽水倍率分別為362.29 g/g和42.49 g/g。

除了果實的外皮，某些植物的果瓤和花朵中也富含纖維素，可以用于高吸水性樹脂的合成。余云祥等[11]將絲瓜絡(luò)纖維羧甲基化后與丙烯酸接枝共聚制備高吸水性樹脂，具有優(yōu)異的吸水性和一定的耐鹽性，其吸蒸餾水倍率可達(dá)1500 g/g，吸生理鹽水倍率為115 g/g。曾鈺等[12]采用入侵物種加拿大一枝黃花作為原料制備高吸水性樹脂，其吸水倍率為556.8 g/g，為該種植物的利用和處置找到了新途徑。

3 其他天然纖維素類高吸水性樹脂

一些水生植物和某些植物加工生產(chǎn)過程中的廢料也可以當(dāng)作高吸水性樹脂生產(chǎn)合成的原料。王淑梅等[13]以水生植物水花生為原料，采用自由基聚合法，與單體丙烯酸接枝共聚，制得高吸水性樹脂，其吸水倍率最高為442 g/g。王云普等[14]采用廢棄材料天然野山杏肉作為原料，利用微波輻射反應(yīng)方法，使其與單體丙烯酸、丙烯酰胺共聚，制得了高吸水性樹脂，其吸水和吸鹽水倍率分別為802 g/g和75 g/g，實現(xiàn)了廢棄物的有效利用。高桂林[15]采用桉木漂白硫酸鹽漿纖維素為原料制備得到了吸水倍率為1126 g/g、吸鹽水倍率為145 g/g的高吸水樹脂，提升了桉木紙漿的經(jīng)濟(jì)附加值，并拓展了桉木紙漿的應(yīng)用領(lǐng)域。

4 天然纖維素/無機(jī)粘土復(fù)合高吸水性樹脂

有著較強(qiáng)吸附能力和較高化學(xué)活性的無機(jī)粘土也可以作為高吸水性樹脂的合成原料之一。王瑞[16]在高吸水性樹脂合成過程中分別添加鈉基膨潤土和改性膨潤土，以期提升其耐鹽性和凝膠強(qiáng)度。實驗結(jié)果表明，膨潤土的加入，對吸水倍率的提升并不明顯，其作用主要體現(xiàn)在增強(qiáng)了樹脂的重復(fù)吸水率、保水能力、耐鹽性和凝膠強(qiáng)度。胡鵬等[17]采用樹葉纖維素和膨潤土作為原料制備高吸水性樹脂，并研究了其對土壤吸水率改善和作物生長的提升作用。

5 結(jié)語

以天然纖維素作為原料合成高吸水性樹脂，雖然在吸水率上與合成系高吸水性樹脂存在較大差距，但是其綜合性能上的優(yōu)勢也十分突出，可以廣泛應(yīng)用于對于吸水率要求不嚴(yán)苛，但是對耐鹽性、凝膠強(qiáng)度、降解性能要求較高的農(nóng)林領(lǐng)域，是未來高吸水性樹脂的一條重要的綠色可持續(xù)發(fā)展道路。未來，對于天然纖維素系高吸水性樹脂的研究，應(yīng)該側(cè)重于對于原料的篩選、對于合成工藝的優(yōu)化以及對于綜合性能的提升，以尋找出來源廣泛、價格低廉，適用于樹脂合成的天然纖維素來源，探索流程簡單、穩(wěn)定、易操作，原料處理和反應(yīng)過程環(huán)境友好、低污染，生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良，適用范圍廣的高吸水性樹脂產(chǎn)品。