Trên thế giới
Nghiên cứu tổng hợp ra những chất có khả năng hấp thụ nước cao, giữ ẩm tốt đã được bắt đầu nghiên cứu và phát triển mạnh trong những thập kỷ 80-90 của thế kỷ 20 cho đến nay. Hàng loạt các kết quả nghiên cứu trên thế giới về các loại vật liệu trên đã được công bố.
Tháng 2 năm 1978 tại công ty hóa chất Sanyo, Masuda và các cộng sự đã nghiên cứu thành công vật liệu hấp thụ nước từ cellulose tinh khiết, acid acrylic, Natriacrylat, dd amonium cericnitrat và N,N – methylenbisacrylmide. Sản phẩm có khả năng hút nước 192 lần.[28]
Tháng 6 năm 1983 tại phòng nghiên cứu hóa công nghiệp Kyoritsu Organic Industrial Research Laboratory, Tokyo, Nhật Bản đã nghiên cứu ra vật liệu siêu hấp thụ nước từ 21,8g acid acrylic, 11,9g acrylamide,179,1g nước, 10,9g NaOH, 0,003g N,N-Methylen Bisacrylamide và 0,04g 2,2 - azobis(2-amidinopropan ). Sản phẩm có khả năng hút nước 650 lần.[23]
Tháng 4 năm 1998 Ankush, B, Argade, Nicholas A Peppas đại học Purdue Aán Độ đã tổng hợp được copolymer ghép giữa polyvinyl alcol và acid acrylic có khả năng hấp thụ nước 60-70 lần. Quá trình tạo copolymer theo 2 phương pháp:[12]
Phương pháp 1:
- Tosylat hóa một phần PVA
CH2 CH S OH
[ ] + Cl
O O
CH3 piridin [ ]
O CH2 CH
O O
n m
S ]n m [CH2 CH [
CH3 nhiệt độ phòng OH
- Khử tosylat PVA
OH
CH3
[ CH2 CH [ ]n m
S m O O CH2 CH
O
[ ]
OH [ CH2 CH
[ ]n m[ CH CH]m + CH3
SO3 H
- Phản ứng tạo copolymer CH2 ]n m[ CH CH ]m
[ CH
[
OH
+ CH2= CH COONa Copolymer PVA acrylat
Phương pháp 2:
- Phản ứng ngưng tụ PVA với p-styrenesulfonyl chloride
]n [
OH CH CH2
+
CH= CH2 O
O Cl S
piridin
nhiệt độ phòng [ ]
O CH2 CH
O O
m S ]n m [CH2 CH [
CH= CH2
OH
- Phản ứng tạo copolymer
OH
CH= CH2
[ CH2 CH [ ]n m
S m O O CH2 CH
O
[ ] + CH2= CH COONa (NH4)2S2O8 Copolymer PVA acrylat
- Cấu trúc của copolymer PVA acrylat được mô phỏng như sau:
ddddddd Mạch PAA( ) ), liên kết ngang olefin PVA( …… ) Ma
Năm 1999 ở Trung Quốc cũng đã công bố chế phẩm KHOA DU là vật liệu có độ hút nước rất cao khoảng 1000 lần khi được sử dụng cho cây trồng và đã tiết kiệm được 50% lượng nước dùng và giúp tăng sản lượng cây 15- 20% so với đối chứng.
2/2002 Các nhà hóa học Esmaiel Jabbari; Samyra Nozari, trường Đại học kỹ thuật Amir-Kabbir, Tehran, Iran đã dùng tia γ với liều lượng 5-25 Kgy chiếu xạ lên polyacrylic PAA đã tạo được vật liệu có cấu không gian chứa các liên kết ngang có độ hút nước từ 80-500 lần tùy theo liều lượng chiếu xạ.[15]
Cơ chế của phản ứng tạo vật liệu như sau:
PAAmH + HOH tia γ PAAHm* + HOH*
PAAH* + HOH* PAAm* + ( OH* or H* ) PAAH + ( H* or HO* ) PAAn* + HOH
PAAn* + PAAm* PAAm - PAAn
Chính kết quả tạo ra PAAm – PAAn đã tạo được cấu trúc không gian cho vật liệu.
Trong 5 năm gần đây hàng loạt các patent của các tập đoàn hoá chất đã được công bố như:
- SANYO Chemical industries LTD.( Nhật Bản), Water or water retention material and production method there of, Naêm 2001.[30]
- BAYER AG (Đức), Preformed super absorbers with high swelling capacity, patent 6156848, Naêm 2000.[33]
- NIPPON SHOKUBAI Co. LTD.(Nhật Bản), patent EP 1178059A2, Water – absorbend resin, hydrophylic polymer, process for producing them, and uses of them, naêm 2001.[13]
- NiPPON CATALYTIC CHEM IND (Nhật Bản) Process for production of water-absorbent resin, patent WO0198382, naêm 2002.[19]
- Industrial Technology Research Institute (Đài Loan), Method for preparing hydropilic porous polymeric material, patent 6635684, naêm 2002.[24]
- DAINIPPON INK AND CHEMICALS, Inc (Nhật Bản), Water absorbent material, patent 6653399, naêm 2003.[36]
- SUMITOMO SEIKA CHEMICALS, Co. LTD. (Nhật Bản), Process for preparing water absorbent resin, patent 6573,330, naêm 2003.[15]
- NIPPON SHOKUBAICo.LTD. (Nhật Bản), Water – absorbent resin powder and production process there for, naêm 2003.[20]
Hầu hết nghiên cứu của các tập đoàn trên đều xuất phát từ nguồn nguyên liệu dầu mỏ: polymer acrylic, polymer acrylamid, polymer có các nối đôi ethylenic, polyvinyl alcohol hoặc các copolymer của chúng với các tác nhân liên kết ngang khác nhau (N, N’-methylenebisacrylamide, ethylene glycol di-(meth) acrylate, trimethylol propane di hoặc tri-(meth)acrylate, glycerol diallyl ether, trimethylol propane triallyl ether,... Những sản phẩm được tạo ra có những tính năng khác nhau, đặc biệt khả năng hấp thụ nước rất cao (80-600 lần đối với nước cất và 60-80 lần đối với nước muối sinh lý).
Và chúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực: y tế, dược phẩm, sản phẩm tã lót, và cả trong ngành nông lâm nghiệp.
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam [1], [9], [10]
1999-2000 Viện Hóa học, Trung tâm KHTN và CNQG cũng đã thành coâng
trong việc nghiên cứu chế tạo được chế phẩm AMS-1 dựa trên nền tảng tinh bột ghép acid acrylic có khả năng hút nước cao (300 lần) với giá thành hạ 40.000đ/kg.
2005 Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ tại Tp.
HCM cũng đã tổng hợp thành công vật liệu Gamsorb dựa trên phản ứng của tinh bột, acid acrylic và các hoá chất khác khi chiếu xạ tia gamma. Vật liệu này có khả năng hút nước 400 lần.
Các vật liệu trong nước được tổng hợp từ tinh bột và acid acrylic cho tính hút nước cao, có khả năng ứng dụng trong ngành công nghiệp, y tế. Tuy nhiên, Cấu trúc của vật liệu tan rã sau 5-7 ngày, điều này cho thấy vật liệu trên ít có khả năng ứng dụng trong ngành nông nghiệp.
Với mục tiêu nghiên cứu tổng hợp ra vật liệu có khả năng hút nước cao, giữ ẩm tốt, thời gian sử dụng từ 3 tháng đến 3, 4 năm với giá thành hạ để phục vụ cho ngành trồng trọt và nông lâm nghiệp, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp copolymer ghép giữa acid acrylic và cellulose từ nguồn phế thải bã mía trong nông nghiệp.