一种高分子吸水树脂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高分子吸水树脂及其制备方法和应用 (High-molecular water-absorbent resin and preparation method and application thereof ) 是由 金欣 周平 钱晓明 王闻宇 牛家嵘 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于功能材料技术领域,提供了一种高分子吸水树脂及其制备方法和应用。本发明中,含羧基的聚合单体和碱性无机发泡剂在聚合体系中进行酸碱反应并释放气体,由于气体的释放,将原本占位的位置释放出来,赋予树脂多孔结构,这些多孔结构能够为液体提供快速通道,使高分子吸水树脂在多次吸水过程中,不会因为树脂表面部分膨胀,导致吸水通道堵死、吸水速度减慢和产生局部硬块,进而提高了高分子吸水树脂的使用舒适度。同时,由于释放的气体分子小,形成的多孔结构尺寸小,具有毛细管效应,不影响树脂的吸水性能以及保水性能。(The invention belongs to the technical field of functional materials, and provides a high-molecular water-absorbent resin, and a preparation method and application thereof. According to the invention, the carboxyl-containing polymerized monomer and the alkaline inorganic foaming agent perform acid-base reaction in a polymerization system and release gas, and the originally occupied position is released due to the release of the gas, so that a resin porous structure is endowed with the porous structure, the porous structure can provide a rapid channel for liquid, so that the water absorption channel can not be blocked, the water absorption speed is slowed down and local hard blocks can not be generated due to the partial expansion of the surface of the resin in the multiple water absorption processes of the high-molecular water absorbent resin, and the use comfort of the high-molecular water absorbent resin is further improved. Meanwhile, the released gas molecules are small, so that the formed porous structure is small in size and has a capillary effect, and the water absorption performance and the water retention performance of the resin are not influenced.)
技术领域
本发明涉及功能材料
技术领域
，尤其涉及一种高分子吸水树脂及其制备方法和应用。背景技术
现有纸尿裤、妇女卫生巾等一次性卫生用品中间功能层主要是由高分子吸水树脂组成。虽然，高吸水树脂具有吸液量大、保水性能优异、吸液速度快等特点，但在吸水过程中存在局部有硬块，多次吸水过程中吸水速度减慢的特点，使用起来，特别是第一次吸液后，由于吸液速度减慢以及局部硬块造成舒适度变差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高分子吸水树脂及其制备方法和应用。本发明提供的高分子吸水树脂在吸水的过程中没有硬块出现，且多次吸水的过程中吸水速度也不会减慢。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高分子吸水树脂，包括以下制备原料：水溶性聚合物、聚合单体、无机发泡剂、发泡稳定剂、交联剂、引发剂、促进剂和水；
所述聚合单体为含羧基的聚合单体；
所述无机发泡剂为碱性无机发泡剂。
优选地，所述水溶性聚合物包括化合聚合物、纤维类聚合物和淀粉基聚合物；所述化合聚合物包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇和聚丙烯酰胺中的一种或多种；所述纤维素类聚合物包括甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或多种；所述淀粉基聚合物包括淀粉。
优选地，所述聚合单体包括丙烯酸；所述聚合单体的质量为水溶性聚合物的质量的1～5倍。
优选地，所述无机发泡剂包括碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢铵、亚硝酸胺和硼氢化钠中的一种或多种，所述无机发泡剂的质量为水溶性聚合物和聚合单体总质量的2～8％。
优选地，所述发泡稳定剂包括氧化乙烯和/或氧化丙烯；所述发泡稳定剂的质量为水溶性聚合物和聚合单体总质量的0.1～0.5％。
优选地，所述交联剂包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述交联剂的质量为聚合单体的质量的0.1～15％。
优选地，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种；所述引发剂的质量为聚合单体的质量的0.05～10％。
优选地，所述促进剂包括N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺；所述促进剂的质量为聚合单体的质量的0.05～1％。
本发明还提供了上述技术方案所述的高分子吸水树脂的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性聚合物、发泡稳定剂和水混合，得到前体溶液；
将所述前体溶液、聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂混合后，再加入促进剂，进行聚合反应，得到所述高分子吸水树脂。
本发明还提供了上述技术方案所述的高分子吸水树脂或上述技术方案所述的制备方法得到的高分子吸水树脂在卫生用品领域中的应用。
本发明提供了一种高分子吸水树脂，包括以下制备原料：水溶性聚合物、聚合单体、无机发泡剂、发泡稳定剂、交联剂、引发剂、促进剂和水；所述聚合单体为含羧基的聚合单体；所述无机发泡剂为碱性无机发泡剂。在本发明中，含羧基的聚合单体和碱性无机发泡剂在聚合体系中进行酸碱反应并释放气体，由于气体的释放，将原本占位的位置释放出来，赋予树脂多孔结构，这些多孔结构能够为液体提供快速通道，使高分子吸水树脂在多次吸水过程中，不会因为树脂表面部分膨胀，导致吸水通道堵死、吸水速度减慢和产生局部硬块，进而提高了高分子吸水树脂的使用舒适度。同时，由于释放的气体分子小，形成的多孔结构尺寸小，具有毛细管效应，不影响树脂的吸水性能以及保水性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的高分子吸水树脂的制备方法，包括以下步骤：将水溶性聚合物、发泡稳定剂和水混合，得到前体溶液；将所述前体溶液、聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂混合后，再加入促进剂，进行聚合反应，得到所述高分子吸水树脂。本发明中，所述聚合单体在引发剂、交联剂和促进剂的作用下，发生聚合并通过羟基或羧基等活性基团连接到水溶性聚合物上；同时，碱性无机发泡剂和有机酸聚合单体发生酸碱反应，并释放气体，进而赋予聚合体系多孔结构。
附图说明
图1为实施例1所得高分子吸水树脂的外观照片；
图2～3为实施例1所得高分子吸水树脂的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种高分子吸水树脂，包括以下制备原料：水溶性聚合物、聚合单体、无机发泡剂、发泡稳定剂、交联剂、引发剂、促进剂和水。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括水溶性聚合物，所述水溶性聚合物优选包括化合聚合物、纤维素类聚合物和淀粉基聚合物；所述化合聚合物优选包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇和聚丙烯酰胺中的一种或多种，进一步优选为聚乙烯醇；所述纤维素类聚合物优选包括甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或多种，进一步优选为羟乙基纤维素；所述淀粉基聚合物优选包括淀粉，进一步优选为淀粉。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括聚合单体，所述聚合单体为含羧基的聚合单体，进一步优选包括丙烯酸，更优选为丙烯酸。在本发明中，所述聚合单体的质量优选为水溶性聚合物的质量的1～5倍，进一步优选为2～4倍。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括无机发泡剂，所述无机发泡剂为碱性无机发泡剂，所述碱性无机发泡剂优选包括碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢铵、亚硝酸胺和硼氢化钠中的一种或多种，进一步优选为碳酸氢钠或碳酸钠。在本发明中，所述无机发泡剂的质量优选为水溶性聚合物和聚合单体总质量的2～8％，进一步优选为2～7％，更优选为3～6％。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括发泡稳定剂，所述发泡稳定剂优选包括氧化乙烯和/或氧化丙烯，进一步优选为氧化乙烯或氧化丙烯，更优选为氧化乙烯。在本发明中，所述发泡稳定剂的质量优选为水溶性聚合物和聚合单体总质量的0.1～0.5％，进一步优选为0.2～0.4％。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括交联剂，所述交联剂优选包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，进一步优选为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。在本发明中，所述交联剂的质量优选为聚合单体的质量的0.1～15％，进一步优选为0.5～5％，更优选为1～4％。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括引发剂，所述引发剂优选包括过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种，进一步优选为过硫酸铵。在本发明中，所述引发剂的质量优选为聚合单体的质量的0.05～10％，进一步优选为0.1～8％。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括促进剂，所述促进剂优选包括N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺，进一步优选为N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TMEDA)。在本发明中，所述促进剂的质量优选为聚合单体的质量的0.05～1％，进一步优选为0.1～0.7％，更优选为0.5％。
制备本发明提供的高分子吸水树脂的原料包括水，所述水优选为去离子水。本发明对所述水的用量不做具体限定，只要能够将水溶性聚合物完全溶解即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的高分子吸水树脂的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性聚合物、发泡稳定剂和水混合，得到前体溶液；
将所述前体溶液、聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂混合后，加入促进剂，进行聚合反应，得到所述高分子吸水树脂。
本发明将水溶性聚合物、发泡稳定剂和水混合，得到前体溶液。
在本发明中，所述水溶性聚合物和水优选以水溶性聚合物溶液的形式加入，即先将水溶性聚合物和水混合，得到水溶性聚合物溶液；再将所述水溶性聚合物溶液和发泡稳定剂混合，得到前体溶液。在本发明中，所述水溶性聚合物溶液和发泡稳定剂混合优选在加热搅拌的条件下进行，所述加热搅拌的温度优选为50～90℃；所述加热搅拌的转速优选为40～120rpm；本发明对所述加热搅拌的时间不做具体限定，只要能够将水溶性聚合物溶液和发泡稳定剂充分溶解混合即可。
得到前体溶液后，本发明将所述前体溶液、聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂混合后，再加入促进剂，进行聚合反应，得到所述高分子吸水树脂。
在本发明中，所述前体溶液、聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂混合的顺序优选为：在所述前体溶液中，依次加入聚合单体、无机发泡剂、交联剂和引发剂。
加入促进剂后，本发明优选还包括进行搅拌混合；所述搅拌混合的转速优选为100～180rpm；所述搅拌混合的时间优选为5～30s，进一步优选为10～20s。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为室温，即既不需要额外加热和不额外降温；所述聚合反应优选在静置的条件下进行，所述静置的时间优选为1～20min，进一步优选为8～15min。
所述聚合反应后，本发明优选还包括将所得聚合反应体系进行醇洗、过滤，所得固体进行干燥，得到所述高分子吸水树脂。
在本发明中，所述醇洗的试剂优选为无水乙醇；所述醇洗的方式优选为浸泡。本发明对所述过滤的方式不做具体限定，只要能够实现固液分离即可。本发明对所述干燥的温度和方式不做具体限定，只要能够将固体干燥至恒温即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的高分子吸水树脂或上述技术方案所述的制备方法得到的高分子吸水树脂在卫生用品领域中的应用。在本发明中，所述卫生用品优选包括纸尿裤和卫生巾。
下面结合实施例对本发明提供的高分子吸水树脂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
配置质量百分含量为5％的聚乙烯醇水溶液，加入聚乙烯醇和丙烯酸总质量0.2％的氧化乙烯，于80℃、40rpm混合，得到前体溶液。
在前体溶液中依次加入2倍聚乙烯醇质量的丙烯酸、聚乙烯醇和丙烯酸总质量2％的碳酸钠，丙烯酸质量0.5％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸质量0.1％的过硫酸铵和丙烯酸质量0.2％的N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TMEDA)，于100rpm搅拌10s，停止搅拌，静止5min，用乙醇浸泡清洗、过滤和烘干，得到高分子吸水树脂。
对比例1
与实施例1类似，区别仅在于，不加入氧化乙烯和碳酸钠。
实施例2
配置质量百分含量为10％的聚乙烯醇水溶液，加入聚乙烯醇和丙烯酸总质量0.3％的氧化乙烯，于90℃、60rpm混合，得到前体溶液。
在前体溶液中依次加入3倍聚乙烯醇质量的丙烯酸、聚乙烯醇和丙烯酸总质量5％的碳酸钠、丙烯酸质量5％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸质量3％的过硫酸铵和丙烯酸质量0.2％的N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TMEDA)，于150rpm搅拌20s，停止搅拌，静止10min，用乙醇浸泡清洗、过滤和烘干，得到高分子吸水树脂。
对比例2
与实施例2类似，区别仅在于，不加入氧化乙烯和无机发泡剂碳酸钠。
实施例3
配置质量百分含量为20％的羟乙基纤维素水溶液，加入羟乙基纤维素和丙烯酸总质量0.5％的氧化乙烯，于80℃、120rpm混合，得到前体溶液。
在前体溶液中依次加入4倍羟乙基纤维素质量的丙烯酸、羟乙基纤维素和丙烯酸总质量7％的碳酸氢铵、丙烯酸质量5％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸质量8％的过硫酸铵和丙烯酸质量0.5％的N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TMEDA)，于180rpm搅拌15s，停止搅拌，静止15min，用乙醇浸泡清洗、过滤和烘干，得到高分子吸水树脂。
对比例3
与实施例3类似，区别为不加入氧化乙烯和无机发泡剂碳酸氢铵。
实施例4
配置质量百分含量为15％的淀粉水溶液，加入淀粉和丙烯酸总质量0.5％的氧化丙烯，于60℃、70rpm混合，得到前体溶液。
在前体溶液中依次加入3倍淀粉质量的丙烯酸、淀粉和丙烯酸总质量8％的碳酸氢铵、丙烯酸质量4％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸质量10％的过硫酸铵和丙烯酸质量1％的N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TMEDA)，于160rpm搅拌20s，停止搅拌，静止10min，用乙醇浸泡清洗、过滤和烘干，得到高分子吸水树脂。
对比例4
与实施例4类似，区别为不加入氧化丙烯和无机发泡剂碳酸氢铵。
图1为实施例1所得高分子吸水树脂的外观照片，从图1可以看出：所制备的高分子吸水树脂颗粒粒径分布均匀、洁白。
图2～3为实施例1所得高分子吸水树脂的扫描电镜照片，从图2～3可以看出：颗粒表面具有大孔，为吸水树脂持续吸水提供了输水通道。
吸水饱和率的测试：
测定单位克重下高分子吸水树脂最大吸水量G，将最大吸水量G分三次倒入单位克重的高分子吸水树脂内，计算实际吸水数值与最大吸水量G的比值。结果如表1所示。
表1高分子吸水树脂性能测试结果
从表1可以看出：多孔的高分子吸水树脂具有连续吸水的能力，而没有多孔的吸水树脂，连续吸水能力有所下降，特别是接近吸水饱和值时，具有多孔的树脂持续吸水能力以及吸水速度普遍高于没有多孔的吸水树脂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。