讓水消失的“魔術(shù)師”

鄭素萍 邱東

驚奇！能吸比自身重千倍的水

魔術(shù)中杯子里的水到底去哪了呢？原來杯子里隱藏著一種粉末，叫作高吸水性樹脂（SAPs），這是一種新型功能高分子材料，能吸收比自身重百倍甚至上千倍的水，當(dāng)它吸水膨脹后與水發(fā)生凝固，成為一種水凝膠，鎖水能力超強(qiáng)，因此水無法流出，即使是用力擠壓也不會漏水。

紙巾、毛巾和海綿等都是日常生活中用來吸水的材料，它們最多能吸自身重量20 倍左右的水，而且保水性不強(qiáng)，用力擠壓就可把水?dāng)D出。在高吸水性樹脂面前，它們可都是小巫見大巫。與紙張、棉花和海綿等材料類似，高吸水性樹脂的吸水能力也主要通過羧基、羥基等親水性基因與水分子間強(qiáng)烈的氫鍵作用來實(shí)現(xiàn)，不同的是后者可利用的親水性基因含量大大高于前者，且分子鏈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可高度溶脹，進(jìn)一步將水分子束縛于其中，從而獲得了超強(qiáng)的吸水性能。

高吸水性樹脂從何而來？

高吸水性樹脂和一顆土豆有什么關(guān)系？其實(shí)，土豆中富含的淀粉就可以是高吸水性樹脂的來源。淀粉一般不溶于水，但在水中經(jīng)加熱后，破壞了結(jié)晶區(qū)弱的氫鍵，結(jié)晶區(qū)消失，開始水合膨脹，黏度增加，這種現(xiàn)象稱為糊化。

制備高吸水性樹脂的淀粉主要采用玉米淀粉和小麥淀粉，也可采用土豆、紅薯和大米的淀粉為原料?？萍伎偸窃诟鶕?jù)人類生活需要不斷發(fā)展，從淀粉制備高吸水樹脂的方法不斷得到改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種比較成熟便捷的技術(shù)。

不單是淀粉，纖維素、殼聚糖等天然高分子都是良好的SAPs 來源。

高吸水性樹脂還有一個(gè)重要的來源是合成聚合物，如聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAM）和聚乙烯醇（PVA）等。聚丙烯酸和聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂是最廣泛使用的保水劑，它們具有優(yōu)異的吸水性和保水能力。聚乙烯醇（PVA）具有與聚丙烯酸相似的吸水性，還可以在細(xì)菌酶的幫助下降解，大大提高了它的應(yīng)用價(jià)值。

總體來說，纖維素、淀粉、殼聚糖等天然高吸水性樹脂在降解性和生物相容性方面具有優(yōu)勢，可避免造成環(huán)境污染。但它們的提取和改性過程比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本比一些合成聚合物高。合成高吸水性樹脂通常比天然聚合物具有成本低、使用壽命長和吸水率高等優(yōu)點(diǎn)，但降解難度大，容易造成環(huán)境污染。因此，科學(xué)家不斷探索，試圖將天然聚合物與合成聚合物的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，以獲得更好的應(yīng)用前景。

高吸水性樹脂的其他妙用？

基于獨(dú)特的強(qiáng)吸水高保水的特性，高吸水性樹脂在很多領(lǐng)域都找到了用武之地。在日常生活和衛(wèi)生用品中，如嬰兒一次性尿布、婦女衛(wèi)生用品最為常見，還可以作為增稠劑添加到化妝品中。在食品工業(yè)中，尤其是食品保鮮上，高吸水性樹脂可是大大優(yōu)于聚烯烴薄膜的。在生鮮運(yùn)輸過程中，保鮮冰袋包裝里面實(shí)際上也使用了高吸水性樹脂。目前冰袋的內(nèi)容物雖然無毒，對環(huán)境影響相對較小，但它們大量進(jìn)入環(huán)境后，會破壞土壤和水體的微生態(tài)，從而影響其中的生物和生態(tài)系統(tǒng)。現(xiàn)階段，該材料目前與生活垃圾一起處置，但焚燒處理時(shí)需要考慮很多問題。

此外，高吸水性樹脂在農(nóng)業(yè)上大有可為。水資源短缺和干旱導(dǎo)致土壤荒漠化和鹽漬化對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和糧食安全構(gòu)成挑戰(zhàn)。因此，提高水的利用效率在農(nóng)業(yè)中具有重要意義。由于具有超高的吸水和保水能力，高吸水性樹脂可用于有效改善農(nóng)業(yè)用水的利用率，保持土壤水分和減少灌溉用水量。

令人稱奇的魔術(shù)背后是科學(xué)原理的運(yùn)用，我們被那些奇妙變幻迷住雙眼、驚呼雀躍的快樂時(shí)刻背后是科學(xué)家們的探索與鉆研。魔術(shù)告訴我們，生命可以充滿驚奇和夢想， 而科學(xué)告訴我們， 夢想終會變成現(xiàn)實(shí)。