【倍特专栏】再论高吸水性树脂SAR被冠予“超级吸附剂”桂冠的发展历程

2019-10-29 11:34:04 国际知名专家 顾超英 376

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   今天,有行业老板关注SAR是个什么东西?其实高吸水性树脂(SAR)又称高吸水性聚合物(SAR),这种东西就是一种高吸水性强的材料,高吸水性树脂(SAR)更是国内外研发机构开发的一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。以往使用的吸附材料,如纸、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15~40(指去离子水,以下同),保水能力也相当差。高吸水性树脂(SAR)属于新型的高分子材料,性质是无毒、无害、无污染,纯属于绿色环保材料,特别是吸水能力特强,保水能力特高。高吸水性树脂简称SAR,是一种典型的功能高分子材料,它能迅速吸收和保持自身质量几百倍甚至上千倍的水份,也名副其实的被冠予"超级吸附剂"的桂冠,且吸水膨胀后生成的凝胶具有优异的保水性和耐候性。

   回顾1961年,美国的CRRussesll等从淀粉接枝丙烯腈开始了对其的研究,其后GFFanta也从事此研究并于1966年首先发表了关于SAR的文章 ;接着Gugliemeli等成功地研究了碱水解淀粉接枝丙烯腈共聚物。19747月《化学周报》报道了美国农业部北方研究所Weaver等在开发农产品玉米的应用时制得了高吸水性树脂,,从此开辟了SAR的新纪元。相继美国的GrainProcessing公司和日本的三洋化成工业公司也成功地研制了淀粉类SAR,并于1978年开始了其工业化生产,SAR的发展进入了一个新的时代。据悉,70 年代中期,美国农业部研究中心首先开发出一种高吸水性树脂,此后各种类型的高吸水性树脂相继出现。这些树脂不溶于水,也不溶于有机溶剂,却有着奇特的吸水性能和保水能力,能吸收数百倍至数千倍于自身重量的水,而且保水性强,即使加压水也不会被挤出,因而引起了世界各国的关注。同时又具备高分子材料的优点,与传统的吸水材料相比具有更大的优势:与海绵、棉花、纤维素、硅胶相比,高吸水性树脂的吸水量大,可达自身质量的数十倍,并且保水性强,即使在受热、加压条件下也不易失水,对光、热、酸、碱的稳定性好,具有良好的生物降解性能。

   世界上部分市场的高吸水性树脂(SAR)的生产与消费增长很快,1980年,世界高吸水性树脂生产能力约为5 kt/a1990年增加到207 kt/a1999年猛增到1292 kt/a。目前,世界SAP的最大生产商是日本触媒化学公司,其次是Deggusa/Huels集团的Stockhausen公司,第三位是美国Amcol公司的全资子公司Chemdal公司,这3家公司合计能力约占世界总能力的47。2%。欧洲高吸水性树脂的主要生产厂家有法国Atofina公司和SNF Floerger公司,比利时的BASF公司和Nippon Shokubai公司,德国BASF公司、Stockhausen公司和Dow化学公司、英国Industrial Zeolite公司等。前些年,美国是世界上最大的高吸水性树脂消费国,消费量约为280 kt,约占世界总消费量的35。0%。欧洲高吸水性树脂的消费量约为200 kt,约占总消费量的25.0%;日本高吸水性树脂的消费量约为80 kt,约占世界总消费量的10.0%;其他地区的消费量约占30.0%。根据预测,2005年世界高吸水性树脂的消费量将达到10001100kt,消费量年均增长速度为3.8%~5。5%。

   2010-2019年期间,中国地区市场消费数量也在不断增长中,世界各地高吸水树脂的工业生产能力不断扩大,并广泛应用于医疗卫生、建筑材料、环境保护、农业、林业及食品工业等领域。由于高吸水性树脂(SAR)具有许多优异的性能,从而被这些年确实被广泛应用于农业、林业、园艺、医药、医疗、生理卫生、石油、化工、环境保护、美容化妆、建材、生化技术和食品等众多领域,并越来越受到人们的关注和青睐。。

  高吸水性树脂(SAR)的具体特性如下:

1。高吸水性:能吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。

2.高吸水速率:每克高吸水树脂能在30秒内就吸足数百克的无离子水。

3.高保水性:吸水后的凝胶在外加压力下,水也不容易从中挤出来。

4.高膨胀性:吸水后的高吸水树脂凝胶体体积随即膨胀数百倍。

5.吸氨性:低交联型聚丙烯酸盐型高吸水性树脂其分子结构中含有羧基阴离子,遇氨可将其吸收,有明显的去臭作用。

高吸水性树脂(SAR)主要应用领域分析如下:

1。 卫生用品

   卫生用品是最早使用高吸水性树脂(SAR)且应用研究比较成规模的一个领域。由于高吸水性树脂(SAR)具有吸水率高、保水性强、安全无毒、重量轻、吸液量大等优点,一问世就受到卫生用品厂家的重视,被制成一次性婴儿尿布、妇女卫生巾、宇航员尿袋、餐巾、手帕、母乳垫片、手术衬垫等。目前,卫生用品是SAR的主要应用领域,占其消费总量的8095%。

2。 农业、林业、园艺

   高吸水性树脂(SAR)在农业、林业、园艺领域的应用也非常广泛,作为土壤的改良剂和保水剂,可以改善土壤的团粒结构,增加土壤的透气性和透水性,现已被许多国家用来治理沙漠。SAR可作种子保水剂,提高发芽率;涂于植物根部,可防止根部干燥,减少移植休克,提高成活率。此外,还可用作水果保鲜、农用薄膜防雾、农药和化肥的缓释剂等等。

3.医疗卫生

   高吸水性树脂(SAR)也广泛用于医疗卫生,如用于保持医用检验切片中的被检液;制作含水量大、使用舒适的外用软膏;制作能吸收浸出液、防止化脓、杀菌消臭的治伤绷带。另外,SAR在释放性药物、微胶囊、软膏、乳剂、纱布、抗血栓药物、人造皮肤、避孕药、人造脏器、软接触透镜、热敷剂等方面的应用也受到越来越高的重视。

4. 食品包装材料、保鲜材料

   高吸水性树脂(SAR)可用作食品包装材料、保鲜材料,保鲜效果比聚烯烃薄膜要好得多。由于SAR吸水不吸油,故可用于油水分离剂、灭火剂、灭火布、耐用碱性电池。用于造纸,可以提高纸张的质量,降低生产成本。在纺织印染中可以保持一定湿度,防止静电。用于污水处理,可吸附、回收重金属离子。

5。 建筑用

   高吸水性树脂(SAR)可用作建筑用光纤电缆的防漏剂,目前已成功应用于英、法两国之间的海底隧道。还可用作填充材料,修补混凝土的龟裂或作其模型框架,或用作溜冰场的人造雪、空气清新剂等。

   中国高吸水性树脂(SAR)的发展现状如下:近些年来,随着社会经济、科技的不断发展,高吸水性树脂(supper absorbent resin)作为一种新型功能的高分子材料在农业、医疗、建筑、交通等社会生活的各个方面发挥着日益重要的作用。由于它具有轻度的交联的三维网络结构,同时其分子链上含有的强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酰胺基、羟基等),可让这种既不溶于水也不溶于有机溶剂的材料能快速吸收大量水分并膨润成凝胶状。在吸收可达自重数百倍、甚至千倍的水分时,它还有极强的保水能力。随着中国人口的增加,耗地和水资源的相对减少,高吸水性树脂作为蓄水材料,在种子包衣、苗木移栽、无土栽培等方面有着更为广阔的应用前景。但是考虑到中国在高吸水性树脂方面的研究起步较晚,同时其方向也比较单一,因此在树脂合成机理与吸水机理上还有很长的一段路要走。 

   针对今后,因为高吸水性树脂(SAR)的开发与研究已经有50多年的历史了,高吸水性树脂(SAR)的未来前景还是比较乐观的,虽然中国SAR的研制工作起步较晚,产品品质不高,工业化规模装置同国外相比无论是技术上还是规模上都存在很大差距。可以说,前些年来国内地区市场上的高吸水性树脂(SAR)产品大都依赖进口,因此,迫切需要快速发展中国的高吸水性树脂(SAR),把握高吸水性树脂(SAR)的巨大市场潜力依然是头等大事,此工作依然是任重道远的大事。

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