Page 23 - 《精细化工》2020年第7期

第 7 期 王向鹏，等: 环境响应型吸水树脂研究进展 ·1305·

略 [10-12] 。但环境响应型吸水树脂在应用过程中也存 释、组织工程等领域应用较广 [17-18] 。随着温敏吸水
在响应速度慢、重复使用性能差、凝胶强度低等问 树脂应用的增多，对其提出了更高的要求，即要兼
题 [13] 。因此，研发高性能环境响应型吸水树脂来克 顾高响应灵敏度、快吸水速率、高凝胶强度及可控
服现有吸水树脂在应用过程中遇到的技术难题具有 的溶胀倍率等综合性能。
重要的科学价值。 部分化学键具有温敏特性，如酯键、酰胺键等，
本文简要介绍了环境响应型吸水树脂的结构和 聚合时若引入此类化学键可赋予高分子材料温度响
性质，详细分析了近年来环境响应型吸水树脂的分 应性能，提高聚合物对温度响应的灵敏性。ZHANG
类、响应机理及其应用现状，以期为制备高灵敏度 等 [19] 采用四烯丙基氯化铵（TAAC）与 N,N-亚甲基
的响应型吸水树脂提供思路并拓宽吸水树脂在更广 双丙烯酰胺（NMBA）作为复合交联剂制备了温控
领域的应用。 聚丙烯酰胺（PAM）吸水树脂，其响应原理是利用
两种交联剂形成的交联化学键在不同温度下的稳定
1 环境响应型吸水树脂的结构与性能 性差异，TAAC 形成的交联化学键相对稳定，而

NMBA 形成的交联酰胺键在温度较低时可稳定存
环境响应型吸水树脂是在传统吸水树脂结构基
在，高温时全部水解断键（见图 1a），导致吸水树
础上通过大分子改性设计、物理掺杂、共聚合成的
脂在不同温度下的交联密度不同。因此，吸水树脂
技术赋予其生物所具有的高级功能，构造出的具有
智能响应三维结构的吸水树脂 [14-16] 。它可以通过环 在不同温度下的吸水性能差异较大（图 1b），吸水
倍率可受温度控制，但由于酯键水解断键所需温度
境条件变化的微小刺激而发生构象变化，从而导致
较高，因此，该温控型吸水树脂只能应用于稠油热
吸水树脂凝胶质量、体积或者其他物理化学性质的
采防汽窜等高温领域。程金梁等 [20] 通过优选单体
变化。环境响应型吸水树脂的三维结构根据网络构
和交联剂，制备了一种在普适性更广的温敏吸水
建策略分类主要有超低交联、纳米微粒复合、网络
树脂。以羟丙基甲基纤维素（HPMC）和羟乙基纤
拓扑、双网络等形式。吸水树脂的网络结构由交联

的化学键、氢键或范德华力形成，在吸水溶胀时，
水分子可以扩散到交联键之间的空间内。环境响应
吸水树脂含有亲水性基团如羟基、酰胺基、磺酸基、
羧基等。
环境响应型吸水树脂的性能主要包括环境响应
性能（如响应速率、响应灵敏度、响应识别性等）、
溶胀性能、力学性能、保水性能及重复吸水性能等。
除了快速响应性能，吸水树脂的溶胀性能及力学性
能也是涉及应用的重要参数之一。如环境响应型吸
水树脂被用作吸水保水材料时，需要吸水后的凝胶
有一定的机械强度来承受应力而不被破坏，但吸水
树脂吸水倍率越大，凝胶力学性能必然越差。因此，
构建特殊的网络结构进一步提高环境响应型吸水树
脂的综合性能显得尤为重要。

2 环境响应型吸水树脂的分类

环境响应型吸水树脂按照吸水树脂对环境刺激
响应的特性可分为 4 种，即温度响应型、pH 响应型、
盐响应型、磁响应型。以下将对吸水树脂的响应机
理、研究水平及应用现状进行详细介绍。
2.1 温度响应型
温度响应型吸水树脂又称温敏或热敏吸水树

脂，是指吸水树脂的物理结构和溶胀性能等随环境 图 1 吸水树脂在不同温度下的结构变化及吸水性能 [19]
温度的改变发生变化。温度响应型吸水树脂由于其 Fig. 1 Structural changes and water absorbency of superabsorbent
刺激形式简单，响应效率高，在人造器官、药物控 resin at different temperatures [19]