高吸水性聚合物

高吸水性聚合物

高吸水性聚合物（Superabsorbent polymers，簡稱SAP，也叫高吸水性樹脂），是一種能夠吸收並保留相對於其本身質量要大得很多的液體的新型功能高分子材料。

吸水高分子，屬於水凝膠，能夠通過和水分子連接的氫鍵吸收溶液。因此，高吸水性高分子吸水能力受溶液離子濃度影響。在去離子水和蒸餾水中，高吸水性高分子可以吸收500倍於本身重量（30-60倍於本身體積），但是如果放入0.9%鹽水中，吸收能力下降到50倍於本身重量。溶液中的價態陽離子的出現會妨礙高分子與水分子形成價鍵的能力。

總吸收性和膨脹能力由和高分子的交聯類型和交聯度所控制。低密度交聯高吸水性高分子通常具有較高吸水能力，並膨脹到比較大的程度。高交聯密度的高分子顯示出來低吸收能力和膨脹能力。膠的強度較強，能在適當的壓力下保持顆粒的形狀。

高吸水性高分子最大的用途是一次性個人衛生用品，比如小孩兒尿布，成人安全內褲和衛生巾。而衛生棉條由於擔心和中毒性休克症有關，自1980年代開始不再使用高吸水性高分子。高吸水性高分子也被也可用於阻止水或地下電力通信電纜，園藝保水劑，以及廢物的洩漏控制水的滲透液，以及電影或者舞台劇中人工造雪。1978年，日本首次將其投入商業化應用，用在了衛生巾上，而美國最早將其用來照顧居家病人的一次性床墊。

歷史

直到1980年代，吸水材料還是纖維素或基於纖維的產品，主要包括棉紙，棉花，海綿和絨毛漿。這些材料的保水率最多就是自重的20倍。

1960年代早期，美國農業部進行改善土壤保水率的材料的研究。他們開發了基於聚合物嫁接到澱粉分子主鏈上的樹脂。澱粉丙烯腈共聚物水解產品能夠吸收自重400多倍的水。並且，這種膠不會像纖維基吸收材料那樣釋放水。

這種高分子被稱為「超級吸濕材料」。美國農業部將這種技術的內情轉給一些美國公司，來尋求這一基本技術的進一步發展。嘗試了大範圍的組合，包括丙烯酸，丙醯胺和聚乙烯醇（PVA）。

丙烯腈/丙醯胺共聚物曾被設計用來含高電解質/礦物質的條件下，並且在大量干/濕循環下的長期穩定性。主要用於農業和園藝業。和高強度的丙醯胺單體可以用做醫用洩漏控制劑，電線電纜的防水。

當代合成

共聚物化學

高吸水性高分子通常在引發劑的存在下由丙烯酸和氫氧化鈉混合進行聚合來生成聚丙烯酸鈉（有時指的是丙烯腈鈉）。這種聚合物是現在世界上高吸水性高分子中最普通的類型。其他材料也被用來生產高吸水性高分子，諸如聚丙烯醯胺共聚物，乙烯與馬來酸酐共聚物，交聯羧甲基纖維素，聚乙烯醇共聚物，交聯聚環氧乙烷和澱粉接枝聚丙烯腈共聚物。澱粉接枝聚丙烯腈共聚物是最早的高吸水性高分子形態。

現在高吸水性高分子主要用下面兩種方法中的一種生產：溶液聚合或懸浮聚合。兩種過程和其他的比起來都有優點，也能產出質量一致的產品。

溶液聚合

溶液聚合物以溶液的形式提供粒狀聚合物的吸水性，在用前可以將溶液和密封罐蒸餾。管子上可以塗上大多數底物，用來飽和。在特定溫度下乾燥一定時間，結果是底層附上具有高吸水性的物質。比如，這個化學可以直接用在電線或電纜上，儘管這個過程針對輥狀物體或者層狀底物組分進行特別的優化。

溶液聚合現在是高吸水性高分子生產最普通的過程。這一過程有效，通常耗費較低。溶液過程採用水基單體來生產一定量的反應聚合膠。聚合的反應能（放熱）被用來驅動這一過程，來減少生產成本。反應物聚合物膠然後被粉碎，乾燥並研磨到最終的粒徑。任何提高高吸水性高分子性能的措施通常在最終粒徑完成後進行。

懸浮聚合

有些公司實踐了懸浮液過程，因為在聚合過程中，它可以提供較高的生產控制和產品工程水平。這一過程，將水基反應物懸浮在烴基溶液。最終的結果是懸浮聚合能夠在反應器中生成初級高分子顆粒而不是在反應後機械粉碎。在反應階段中或者後也可以進行性能增強。

用途

• 水彈
• 蠟燭
• 複合材料和層壓板
• 殺蟲劑和除草劑的釋放控制（或用於某些生醫藥物的釋放控制研究）
• 尿布和失禁服
• 飼料昆蟲的防淹死水源
• 過濾應用
• 阻燃凝膠
• 香水攜帶劑
• 青蛙帶（設計用於乳膠漆的高科技膠帶）
• 水脹玩具 （例如：水晶寶寶）
• 冷熱治療包
• 保冷劑 （冷藏或冷凍配送時使用）
• 醫療廢物固定化
• 屍墊
• 不動水床
• 洩漏控制
• 手術墊
• 盆栽土壤（例如：魔晶土）
• 廢物穩定及環境整治
• 植物的保水和供水
• 電線電纜阻水
• 傷口敷料
• 航空燃油監控系統

參看

• 高分子材料
• 聚丙烯酸鈉
• 塑料污染

參考文獻

• K. Horie, M. Báron, R. B. Fox, J. He, M. Hess, J. Kahovec, T. Kitayama, P. Kubisa, E. Maréchal, W. Mormann, R. F. T. Stepto, D. Tabak, J. Vohlídal, E. S. Wilks, and W. J. Work, Definitions of terms relating to reactions of polymers and to functional polymeric materials (IUPAC Recommendations 2003) (PDF), Pure and Applied Chemistry, 2004, 76 (4): 889–906 [2009-11-13], （原始內容存檔 (PDF)於2017-08-09）