一种高吸水性树脂、高吸水性树脂的制备方法以及应用
阅读说明：本技术 一种高吸水性树脂、高吸水性树脂的制备方法以及应用 (Super absorbent resin, preparation method and application thereof ) 是由 刘妙锋 程程 陈东飞 韩露 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高吸水性树脂、高吸水性树脂的制备方法以及应用,属于吸水性树脂领域领域,其高吸水性树脂的技术方案要点是原料按重量份包括丁腈橡胶100-126份、聚氨酯65-85份、纳米碳管12-18份、塔拉胶8-16份、引发剂0.7-1.2份、吸水剂1.4-1.8份、交联剂1.1-1.4份、水4-8份；高吸水性树脂的制备方法,包括如下步骤：S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合,搅拌,使得吸水剂完全溶解后,加热升温至55℃-65℃；S2：向S1中加入重量份的引发剂和纳米碳管,搅拌20-40min；S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和交联剂,然后升温至75℃-85℃,持续搅拌反应3h；S4：将S3中的产物冷却至室温,达到提高吸水性树脂的耐盐性能,从而提高吸水树脂的吸水性能的效果。(The invention discloses a high water-absorbing resin, a preparation method and application thereof, belonging to the field of water-absorbing resin, wherein the technical scheme of the high water-absorbing resin is characterized in that the raw materials comprise, by weight, 126 parts of nitrile rubber 100-126 parts, 65-85 parts of polyurethane, 12-18 parts of carbon nanotubes, 8-16 parts of tala gum, 0.7-1.2 parts of an initiator, 1.4-1.8 parts of a water absorbent, 1.1-1.4 parts of a cross-linking agent and 4-8 parts of water; the preparation method of the super absorbent resin comprises the following steps: s1: mixing water absorbent, water and tara gum in parts by weight, stirring to completely dissolve the water absorbent, and heating to 55-65 ℃; s2: adding initiator and carbon nanotube in the weight portion into S1, and stirring for 20-40 min; s3: adding the nitrile rubber, the polyurethane and the cross-linking agent in parts by weight into S2, heating to 75-85 ℃, and continuously stirring for reacting for 3 hours; s4: and cooling the product in the step S3 to room temperature to improve the salt resistance of the water-absorbent resin, thereby improving the water absorption performance of the water-absorbent resin.)
技术领域
本发明涉及吸水性树脂领域，特别涉及一种高吸水性树脂、高吸水性树脂的制备方法以及应用。
背景技术
高吸水性树脂是近年来开发的一种含有强亲水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倍，保水能力也相当差。70年代中期，高吸水性树脂出现，这些树脂不溶于水，也不溶于有机溶剂，能吸收自身重量数百倍至数千倍重量的水，而且保水性强，因而引起了世界各国的关注。
高吸水性树脂与传统的吸水材料相比，高吸水性树脂一旦吸水膨胀成为水凝胶后，会立刻变得膨胀，使液体保持不流动的状态，即使加压也很难将液体分离出来，但是目前大多数高吸水性树脂为聚丙烯酸盐类，聚丙烯酸盐类树脂耐盐性差，使得吸水性树脂在含有盐离子，比如尿液中的吸水率显著降低，从而限制了吸水性树脂在实际中的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目一的是提供一种高吸水性树脂，达到提高吸水性树脂的耐盐性能，从而提高吸水树脂的吸水性能的效果。
本发明的上述技术目一的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高吸水性树脂，原料按重量份包括丁腈橡胶100-126份、聚氨酯65-85份、纳米碳管12-18份、塔拉胶8-16份、引发剂0.7-1.2份、吸水剂1.4-1.8份、交联剂1.1-1.4份、水4-8份。
通过采用上述技术方案，丁腈橡胶中含有的极性极强的-CN基团，从而使得丁腈橡胶与聚氨酯具有良好的相容性，且稳定性优异，同时由于丁腈橡胶的极性，使得橡胶基体与亲水剂能够充分相容，进而提高吸水性树脂的吸水碰撞性能。将极性的丁腈橡胶与双键封端的亲水性聚氨酯活性树脂大分子在交联剂和引发剂的作用下，聚氨酯中的大分子与丁腈橡胶基体的分子主链进行相互缠绕，使得聚氨酯大分子化学接枝到丁腈橡胶的分子链上，当吸水性树脂与水后，吸水性树脂的中氢键不断生成，吸水性树脂内部分子结构稳定，因此不存在部分分子断链析出的问题，结构较为稳定，而失水过程中，氢键不断断链，水分子脱落，分子间引力作用使得吸水性树脂基本恢复至原来形状，从而有效提高吸水性树脂的吸水性能。
塔拉胶是一种天然可再生的、可溶于水的高分子材料，在吸水性树脂中加入塔拉胶，能够有效提高吸水性树脂的吸水性能和稳定性能，由于塔拉胶可溶于热水和冷水中，因此，在吸水性树脂中加入塔拉胶时，当吸水性树脂吸水后，塔拉胶膨胀，从而有效提高吸水性树脂的吸水性能，同时塔拉胶还具有良好的保水性能。
纳米碳管具有大的比表面积，从而使得纳米碳管具有优良的吸附性能，同时纳米碳管呈中空结构，从而有效提高吸水树脂的吸水性能，同时也有效提高吸水树脂的耐盐性能。
本发明进一步设置为，原料按重量份数包括丁腈橡胶108-118份、聚氨酯70-80份、纳米碳管13-17份、塔拉胶10-14份、引发剂0.9-1.1份、吸水剂1.5-1.7份、交联剂1.1-1.3份、水5-7份。
本发明进一步设置为，引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二异丙苯中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二异丙苯作为引发剂，有助于丁腈橡胶与聚氨酯交联过程中活性点增多，从而有助于提高丁腈橡胶与聚氨酯的接枝率，从而有助于提高吸水性树脂的吸水率。
本发明进一步设置为，吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.1-1.6:0.9-1.5。
通过采用上述技术方案，目前使用的吸水剂主要为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠对液体中的金属离子极其敏感，使得聚丙烯酸钠大分子链亲水性消失，发生收缩，当介质中阳离子浓度不断增加后，聚丙烯酸钠的膨胀倍率也下降，导致吸水性树脂的耐盐性差。而聚丙烯酰胺中的亲水基团为非离子基团，在水介质中不发生解离，水中的金属阳离子也不能与亲水基团形成化学交联键失去亲水性，从而降低遇水膨胀的倍率，表现出良好的耐盐性能，从而有效提高吸水性树脂的吸水性能。
聚乙烯醇在交联剂的作用下，与聚氨酯、丁腈橡胶形成致密的网格交联结构，使得聚乙烯醇分子链与丁腈橡胶分子链相互缠绕卷曲，当吸水性树脂吸水后，交联结构中的一些基团便游离出网格，剩下带电的基团相互排斥，将高分子链充分扩展，从而使得吸水性树脂的吸水空间扩大，从而有助于提高吸水性树脂的吸水性能。此外，聚乙烯醇与聚丙烯酰胺配合使用，提高吸水性树脂的耐盐性能，从而有效提高吸水性树脂的吸水性能。
本发明进一步设置为，交联剂采用N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
本发明进一步设置为，原料中按重量份数还包括抑菌剂0.6-1.2份，抑菌剂包括壳聚糖季铵盐10-16份、聚季铵盐6-12份。
通过采用上述技术方案，壳聚糖季铵盐和聚季铵盐均具有良好的抗菌性能，同时，壳聚糖季铵盐、聚季铵盐水溶性良好，能够提高吸水性树脂的吸水性能，此外，壳聚糖季铵盐、聚季铵盐能够穿梭在接枝合成的网状结构中，使得吸水性树脂的密度增大，从而使得网格结构也增大，吸水时膨胀的空间也增大，能够包裹的水分也相应的增多，从而有效提高吸水性树脂的吸水性能。
本发明的目的二：提供一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至55℃-65℃；
S2：向S1中加入重量份的引发剂和纳米碳管，搅拌20-40min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和交联剂，然后升温至75℃-85℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
通过采用上述技术方案，吸水剂和塔拉胶都易溶于水，先将吸水剂和塔拉胶溶解后，有助于溶解后的塔拉胶、吸水剂对纳米碳管进行包裹，从而提高纳米碳管与聚氨酯、丁腈橡胶的相容性，有助于纳米碳管充分扩散到交联结构中，增加丁腈橡胶与聚氨酯的交联密度，从而有助于网格结果的增大，间接提高吸水性树脂的吸水性能。
本发明进一步设置为，在步骤S2中加入重量份的抑菌剂0.6-1.2份。
通过采用上述技术方案，将抑菌剂在步骤S2中加入，有助于抗菌剂充分扩散，从而有助于抗菌剂在丁腈橡胶和聚氨酯的交联体中充分扩散，从而有效提高吸水树脂的吸水性能和抗菌性能。
本发明的目的三：提供高吸水性树脂在纸尿布中的应用。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、丁腈橡胶与聚氨酯交联过程中相互缠绕，使得吸水性树脂在吸水后内部分子结构稳定，不存在分子断链析出的问题，结构较为稳定，同时塔拉胶和纳米碳管的加入，使得吸水性树脂能够膨胀，从而使得吸水性树脂具有良好的保水性能和耐盐性能；
2、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的加入，有效提高吸水性树脂的耐盐性能，从而提高吸水性树脂的吸水性能；
3、抑菌剂的加入，不仅可以提高吸水性树脂的抑菌性能，同时还能进一步提高吸水性树脂的吸水性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高吸水性树脂，原料按重量份包括丁腈橡胶100份、聚氨酯65份、纳米碳管12份、塔拉胶8份、过硫酸钾0.7份、吸水剂1.4份、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.1份、水4份；吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.1:0.9，即聚乙烯醇0.77份、聚丙烯酰胺0.63份；
一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至55℃；
S2：向S1中加入重量份的过硫酸钾和纳米碳管，搅拌20min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，然后升温至75℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
实施例2
一种高吸水性树脂，原料按重量份数包括丁腈橡胶108份、聚氨酯70份、纳米碳管13份、塔拉胶10份、过硫酸钾0.9份、吸水剂1.5份、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.1份、水5份；吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.1:0.9，即聚乙烯醇0.83份、聚丙烯酰胺0.67份。
一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至55℃；
S2：向S1中加入重量份的过硫酸钾和纳米碳管，搅拌20min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，然后升温至75℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
实施例3
一种高吸水性树脂，原料按重量份数包括丁腈橡胶113份、聚氨酯75份、纳米碳管15份、塔拉胶12份、过硫酸钾1份、吸水剂1.6份、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.2份、水6份；吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.3:1.3，即聚乙烯醇0.8份、聚丙烯酰胺0.8份；
一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至60℃；
S2：向S1中加入重量份的过硫酸钾和纳米碳管，搅拌30min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，然后升温至80℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
实施例4
一种高吸水性树脂，原料按重量份数包括丁腈橡胶118份、聚氨酯80份、纳米碳管17份、塔拉胶14份、过硫酸钾1.1份、吸水剂1.7份、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.3份、水7份；吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.6:1.5，即聚乙烯醇0.88份、聚丙烯酰胺0.82份；
一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至65℃；
S2：向S1中加入重量份的过硫酸钾和纳米碳管，搅拌40min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，然后升温至85℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
实施例5
一种高吸水性树脂，原料按重量份数包括丁腈橡胶126份、聚氨酯85份、纳米碳管18份、塔拉胶16份、过硫酸钾1.2份、吸水剂1.8份、N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.4份、水8份；吸水剂包括聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的重量比为1.6:1.5；即聚乙烯醇0.93份、聚丙烯酰胺0.87份；
一种高吸水性树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将重量份的吸水剂、水和塔拉胶混合，并搅拌，使得吸水剂完全溶解后，加热升温至65℃；
S2：向S1中加入重量份的过硫酸钾和纳米碳管，搅拌40min；
S3：向S2中加入重量份的丁腈橡胶、聚氨酯和N，N-亚甲基双丙烯酰胺，然后升温至85℃，持续搅拌反应3h；
S4：将S3中的产物冷却至室温，得到高吸水性树脂。
实施例6
一种高吸水性树脂，与实施例3的不同之处在于，原料按重量份还包括抑菌剂0.6份，抑菌剂包括壳聚糖季铵盐10份、聚季铵盐6份。
实施例7
一种高吸水性树脂，与实施例3的不同之处在于，原料按重量份还包括抑菌剂0.9份，抑菌剂包括壳聚糖季铵盐13份、聚季铵盐9份。
实施例8
一种高吸水性树脂，与实施例3的不同之处在于，原料按重量份还包括抑菌剂1.2份，抑菌剂包括壳聚糖季铵盐16份、聚季铵盐12份。
实施例9
一种高吸水性树脂，与实施例7的不同之处在于，用等量的过硫酸铵代替过硫酸钾。
实施例10
一种高吸水性树脂，与实施例7的不同之处在于，用等量的过氧化二异丙苯代替过硫酸钾。
实施例11
吸水性树脂在纸尿布中的应用。
对比例1
与实施例7的不同之处在于，用等量的聚丙烯酸钠代替聚乙烯醇与聚丙烯酰的总和。
性能检测
对实施例1-10和对比例1制成的吸水性树脂进行吸水性、耐盐性和抗菌性能检测，检测结果如表1所示。
吸水性能测试方法：在室温条件下，将1.0g粒径大小为60-80目的高吸水性树脂粉末完全浸入500mL去离子水中，吸水溶胀4h，以达到饱和溶胀状态，将吸水饱和状态下的树脂样品用100目筛网过滤至无水滴滴下，然后用吸水纸拭去树脂表面的水分，称量此时饱和吸水状态下高吸水性树脂的质量。
耐盐性能测试：配制质量分数为0.8％、1.0％的NaCl溶液，室温条件下，将1.0g的高吸水性树脂完全浸入过量的NaCl溶液中，待高吸水性树脂样品达到溶胀平衡状态时，用100目的筛网将多余的水分滤出，并用吸水纸吸干表面水分，称量此时树脂的重量。
将0.05g高吸水性树脂粉碎压片，紫外灯下灭菌备用，取0.7-1ml的供试菌液加入培养皿中，将营养琼脂溶液倒入加有菌液的培养皿，摇匀，静置冷却，冷却后将样品放入培养皿，密封条密封，放入恒温培养箱中37℃的条件下连续培养12h，之后观察并测量培养基上产生的抑菌圈的大小，其中，供试菌为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
保水性能测试检测结果如表2，在室温条件下，一定质量的高吸水性树脂在过量的去离子水中达到饱和状态后，用100目的筛网过滤溶胀后的高吸水性树脂并用吸水纸拭去表面水分，以除去多余的水分，将溶胀后的样品放置于培养皿中，相同时间间隔，称量高吸水性树脂溶胀样品在不同时刻的重量，直到样品完全失水，不再发生重量的变化为止，保水率计算公式如下：W(％)＝(Wt-Wd/Wi-Wd)X100％，其中，Wt为高吸水性树脂在不同时间下的样品重量，Wd为干高吸水性树脂的样品重量，Wi为溶胀平衡状态时高吸水性树脂样品的重量。
表1高吸水性树脂性能检测结果表
从上表可知：
实施例1-5中，实施例3中的吸水量、0.8％NaCl水溶液吸收量、1.0％NaCl水溶液吸收量均优于实施例1-2、实施例4-5中的吸水量、0.8％NaCl水溶液吸收量、1.0％NaCl水溶液吸收量，由此可以说明，实施例3中各配比的量，能够有效提高吸水性树脂的吸水量；同时当NaCl水溶液的质量浓度提高后，各实施例中吸水性树脂在0.8％NaCl水溶液吸收量与1.0％NaCl水溶液吸收量相差不是很多，说明该吸水性树脂具有优良的耐盐性能；
实施例6-8与实施例3相比，当吸水性树脂中添加抗菌剂后，吸水性树脂的吸水量以及NaCl水溶液的吸收量都明显的提高，说明抗菌剂的加入，能够有效提高吸水性树脂的吸水量，同时还有助于提高吸水性树脂的耐盐性能；
实施例1-5中吸水性树脂抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的效果都是相同的，说明实施例1-5中，当配比量发生变化时，不会影响吸水性树脂的抑菌性能，当原料中添加抑菌剂后，吸水性树脂的抑菌性能明显提高，同时实施例7中的抑菌性能相比于实施例6和实施例8中的抑菌性能更好，说明实施例7中的配比量加入能够增加交联度，使得吸水性树脂具有良好的网格尺寸，当吸水性树脂与溶液接触后，吸水性树脂中的抑菌剂能够与细菌充分接触，从而达到有效的抑菌性能，而实施例6中的网格尺寸过小，吸水后，网格过小，抑菌剂与溶液中的细菌的接触小，抑菌性能差，同理，实施例8中的网格尺寸过大，抑菌剂与细菌的接触小，抑菌性能差；
当分别用等量的过硫酸铵、过氧化二异丙苯代替过硫酸钾时，吸水性树脂的各项性能与实施例7的各项性能基本相同，说明引发剂采用过硫酸铵、过氧化二异丙苯时也能达到相同的结果；
对比例1与实施例7相比，对比例1中的各项性能明显低于实施例7中的各项性能，说明吸水剂采用聚丙烯酸钠后，吸水性树脂的吸水性能明显下降。
表2高吸水性树脂保水性能检测结果表
从上表可知：
实施例3中各时期的保水率均优于实施例1-2中、实施例4-5中各时期的保水率，说明实施例3中的配比之间的相互协作能够有效提高吸水性树脂的保水率；
实施例6-8与实施例3相比，实施例6-8中各时期的保水率优于实施例3中各时期的保水率，说明抑菌剂的添加还能有效提高吸水性树脂的保水率；
实施例9-10中各时期的保水率与实施例7各时期的保水率基本相同，说明分别用过硫酸铵、过氧化二异丙苯代替过硫酸钾时，能够达到基本相同的效果；
对比例1与实施例7相比，吸水剂采用聚丙烯酸钠后，吸水性树脂的保水率明显降低，说明当吸水性树脂中的吸水剂采用聚丙烯酸钠后，吸水性树脂的保水性能明显降低。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。