一种高吸水树脂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高吸水树脂及其制备方法 (Super absorbent resin and preparation method thereof ) 是由 李焕焕 毛萃 孟凡锦 霍晓楠 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高吸水树脂及其制备方法,所述的高吸水树脂,含有以下组分：丙烯酸、助吸盐单体、纳米纤维素、可降解天然高分子、引发剂、交联剂、氢氧化物、去离子水,所述高吸水树脂通过水溶液聚合,得到水凝胶后进行切割成块,烘箱干燥,经粉碎、筛分得高吸水树脂。本发明所制备的高吸水树脂生物降解率高,60天内降解率可达80％,且吸收量高、保水能力强、力学性能和耐盐性好,生产过程简单高效,可大幅减少环境污染,具有广阔的市场前景与较高的应用价值。(The invention discloses a super absorbent resin and a preparation method thereof, wherein the super absorbent resin comprises the following components: the super absorbent resin is prepared by the steps of polymerizing a water solution to obtain hydrogel, cutting the hydrogel into blocks, drying the hydrogel in an oven, crushing and screening the hydrogel, and then obtaining the super absorbent resin. The super absorbent resin prepared by the invention has high biodegradation rate, the degradation rate can reach 80% within 60 days, the absorption capacity is high, the water retention capacity is strong, the mechanical property and the salt tolerance are good, the production process is simple and efficient, the environmental pollution can be greatly reduced, and the super absorbent resin has wide market prospect and higher application value.)
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种高吸水树脂及其制备方法。
背景技术
高吸水性树脂(SAP)是一种具有三维网络交联结构、不溶于水的新型高分子材料。高吸水性树脂通过水合作用能够迅速吸收比自身高数百倍甚至千倍质量的液态水，且在常温下具有良好的保水能力，即使在受热或受压下也不易失水，在光、热、酸、碱中的稳定性也较好。因此，相比于传统的吸水材料，高吸水性树脂具有交联密度低、高吸水膨胀、高保水性能、对弱碱性物质强吸收、不溶于水和有机溶剂、可反复使用等优点，成为功能高分子材料的研究热点，在卫生巾、纸尿裤、宠物护垫等卫生用品领域、农业、食品业、石油化工等领域广泛应用。
市场上使用最广泛的SAP都为非降解性，其虽有生产工艺简单、易于操作、成本低廉等优点，但其难以被自然界中的微生物和细菌所分解，生物降解性差，在大量使用废弃后势必对环境造成巨大污染。随着全球环保意识的增强，研究开发生物可降解的绿色环保型高吸水性树脂已日益受到重视。目前对于可降解高吸水树脂主要是通过玉米淀粉、海藻酸钠与丙烯酸钠聚合制备得到的，但是可降解材料添加量太大会造成高吸水树脂机械强度降低、添加量太少则高吸水树脂降解性能较差。必须克服上述问题，才能使SAP实现真正的可降解，从而减少其对环境的危害。
纳米纤维素是纤维素的物理最小结构单元，是指直径在1～100nm之间的纤维。纳米纤维素质轻、可降解，且具有吸液保水性能、杨氏模量高、强度高、比表面积大等优势，这使其在诸多领域都有很好的应用。利用纳米纤维素生物相容性好、可生物降解、可再生、反应活性高等特点，将纳米纤维素应用于可降解SAP的制备，不但可以有效增强可降解SAP的物理性能，而且对于吸液性能、保水性能都将有很大提高。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明提供了一种高吸水树脂及其制备方法。
一种高吸水树脂及其制备方法，其特征在于采用丙烯酸、助吸盐单体、纳米纤维素、可降解天然高分子为原料。首先将丙烯酸采用氢氧化物进行中和，加入分散均匀的助吸盐单体溶液、可降解天然高分子溶液和纳米纤维素溶液，搅拌混合均匀，加入引发剂、交联剂，升温至55℃～75℃，至于烘箱中聚合1～3h，得到水凝胶后进行切割成块,烘箱干燥，经粉碎、筛分得高吸水树脂。具体制备方法如下：
(1)称取一定量的纳米纤维素，加入适量的水，搅拌分散均匀，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取一定量丙烯酸，然后加入氢氧化物溶液进行中和，中和度为50％～80％，取适量的助吸盐单体于去离子水中使其完全溶解，加入到上述溶液中，搅拌均匀；
(3)称取一定量的可降解天然高分子，将其搅拌均匀完全溶于水中，得到无色透明溶液，或取烧杯称一定量的玉米淀粉，加入适量的去离子水，搅拌糊化，然后缓慢降温，得到糊化淀粉溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)制备的溶液加入到步骤(3)所得溶液中，搅拌混合均匀，将一定量的引发剂、交联剂加入上述溶液，缓慢升至一定温度，保温1h～6h，初步制得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品干燥，将其切碎，进行粉碎造粒，用筛网筛分，再次置于烘干至恒重，得到高吸水树脂。
优选地，所述助吸盐单体的加入量为丙烯酸质量的1wt％～30wt％。。
优选地，所述的可降解天然高分子可以为：羧甲基壳聚糖、壳聚糖季铵盐、玉米淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中一种或任意几种以任意比的混合物；
优选地，所述的氢氧化物可以为：氢氧化钠、氢氧化钾中任一种。
优选地，所述纳米纤维素的加入量为丙烯酸和助吸盐单体总质量的0.5wt％～20wt％。
优选地，步骤(4)所述的交联剂为N,N-亚甲基-双丙烯酰胺。
本发明的有益效果：
本发明通过加入可降解天然高分子的量来控制高吸水树脂的降解能力、且引入纳米纤维素，消除了可降解高分子添加量多导致吸水树脂机械强度降低的缺陷。纳米纤维素作为一种比表面积大、亲水性好的天然可降解材料，可以有效提高可降解高吸水树脂的机械强度，且能够提高SAP的吸水能力和保水能力，二者相辅相成，使得所制备的高吸水树脂可降解性能优异、吸水量大和保水能力强。
具体实施方式
实施例1
(1)称取0.045g纳米纤维素，加入适量的水，1000rpm下搅拌分散20min，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取8g丙烯酸，然后加入15.54mL 5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取0.08g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(3)称取0.45g羧甲基壳聚糖，将其完全溶于水中搅拌均匀，得到无色透明溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)溶液加入到步骤(3)所得溶液，搅拌混合均匀，将0.25g过硫酸钾、0.04g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至65℃，保温3h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中1h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，90℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
实施例2
(1)称取0.045g纳米纤维素，加入适量的水，1000rpm下搅拌分散20min，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取8g丙烯酸，然后加入15.54mL 5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取0.08g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(3)称取3.6g羧甲基壳聚糖，将其完全溶于水中搅拌均匀，得到无色透明溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)溶液加入到步骤(3)所得溶液，搅拌混合均匀，将0.25g过硫酸钾、0.04g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至65℃，保温3h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中3h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，90℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
实施例3
(1)称取0.4g纳米纤维素，加入适量的水，1000rpm下搅拌分散20min，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取8g丙烯酸，然后加入20mL 7.5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取0.4g丙烯酰胺于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(3)取烧杯称3g玉米淀粉，加入60mL去离子水，90℃下搅拌糊化30min，然后缓慢降温至30℃，得到糊化玉米淀粉溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)溶液加入到步骤(3)所得溶液，搅拌混合均匀，将0.3g过硫酸钾、0.05g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至65℃，保温6h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中4h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，90℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
实施例4
(1)称取0.8g纳米纤维素，加入适量的水，1000rpm下搅拌分散20min，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取8g丙烯酸，然后加入30mL 10mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取0.8g丙烯腈于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(3)称取1.77g羧甲基纤维素纳，将其完全溶于水中搅拌均匀，得到无色透明溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)溶液加入到步骤(3)所得溶液，搅拌混合均匀，将1g过硫酸铵、0.16g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至55℃，保温2h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于60℃烘箱中3h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，80℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
实施例5
(1)称取1.6g纳米纤维素，加入适量的水，1000rpm下搅拌分散20min，得到纳米纤维素分散液；
(2)称取8g丙烯酸，然后加入15.54mL 5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取1.6g丙烯腈于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(3)称取3.84g海藻酸钠粉末，将其完全溶于水中搅拌均匀，得到无色透明溶液；
(4)将上述步骤(1)和(2)制备的溶液加入到步骤(3)所得溶液，搅拌混合均匀，将0.25g过硫酸钾、0.04g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至75℃，保温5h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中5h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，110℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
对比例1
(1)称取8g丙烯酸，然后加入15.54mL 5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取12g丙烯酰胺于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(2)将0.25g过硫酸钾、0.04g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至65℃，保温3h，得高吸水树脂粗产品。
(3)将步骤(2)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中3h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，90℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
对比例2
(1)称取8g丙烯酸，然后加入15.54mL 5mol/L氢氧化钠溶液进行中和，取0.08g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸于去离子水中使其完全溶解，加入到上述丙烯酸钠溶液中，搅拌均匀；
(2)称取3.6g羧甲基壳聚糖，将其完全溶于水中搅拌均匀，得到无色透明溶液；
(3)将上述步骤(1)溶液加入到步骤(2)所得溶液，搅拌混合均匀，将0.25g过硫酸钾、0.04g N,N-亚甲基-双丙烯酰胺加入上述溶液，缓慢升温至65℃，保温3h，得高吸水树脂粗产品。
(5)将步骤(4)所得的高吸水树脂粗产品至于80℃烘箱中3h，将其切碎，再次烘干，进行粉碎造粒，用40～80目筛筛分，90℃下烘干至恒重，得到高吸水树脂。
以下是对实施例1、2和对比例1、2所制备的高吸水树脂进行的吸收量、保水量、加压吸收量、降解率等性能测试结果如下：
实施例1
实施例2
对比例1
对比例2
吸收量(g/g)
65.8
63.4
46.9
53.4
保水量(g/g)
55.7
52.6
35.9
43.8
加压吸收量(g/g)
31
28
22
17
60天降解率(％)
25
80
0
60
通过对比例1和对比例2可以看出天然高分子的加入可以使所制备的SAP有效降解；
通过实施例1和对比例1、对比例2可以看出，纳米纤维素的加入对于SAP的吸液性能、保水量、加压吸收量都有很大的提高，且能有效促进SAP的降解；
通过实施例1和实施例2可以看出，随着可降解高分子的添加量增大，SAP的降解率增加；
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。