不同性能高吸水性樹脂在應用領域的研究

朱富軍 王翔

（江蘇省連云港市江蘇斯爾邦石化有限公司 江蘇連云港 222000）

不同性能高吸水性樹脂在應用領域的研究

朱富軍 王翔

（江蘇省連云港市江蘇斯爾邦石化有限公司 江蘇連云港 222000）

主要介紹了高吸水樹脂目前的發展現狀，闡述了高吸水性樹脂的制備工藝及吸水原理，概述了國內高吸水性樹脂的常用性能評價方法。結合國內高吸水性樹脂的應用現狀分析了不同應用領域對高吸水性樹脂性能的需求，并指出了未來高吸水性樹脂的發展趨勢。

高吸水性樹脂；性能評價指標；應用領域

1 引言

高吸水性樹脂（Super Absorbent Polymer：SAP）是繼棉花、海綿等傳統吸水性材料之后的新一代吸水性功能高分子材料。相對于傳統吸水材料，SAP的吸收量能夠達到自身重量成百上千倍，并且在吸水后具有較好的保水性能，加壓條件下也能實現較高的吸收量，這均得益于其含有大量親水性基團的三維網狀彈性結構特性。近年來SAP得到了高速發展，國內SAP生產裝置的數量及產能均在逐步擴大。但是能否生產出滿足實際應用需要的SAP將決定著一個企業未來的發展，因此，對SAP在應用領域的研究具有十分重要的現實意義。

2 SAP概述

2.1 SAP的制備工藝

SAP的制備工藝主要包括水溶液聚合工藝、反相懸浮聚合工藝、反相乳液聚合工藝以及輻射聚合工藝，目前水溶液聚合工藝和反相懸浮聚合工藝已在工業化方面得到了較為成熟的應用。對于水溶液聚合工藝，其具有工藝相對簡單、成本較低、聚合體系中各反應助劑分散均勻，有利于反應的控制等特點，多采用帶式反應器和釜式反應器，但是該工藝反應過程中熱量不易傳導、反應產物為塊狀凝膠，后期需凝膠粉碎工序；對于反相懸浮聚合工藝，其具有體系粘度低、反應熱易于傳導、聚合相對穩定、分子量分布較為集中、反應產物顆粒均勻易控等特點，但是由于工藝中涉及大量有機溶劑、危險程度高，因此對生產設備的技術要求較高，投資成本較大。

2.2 SAP的吸水原理

SAP的吸水過程建立在其交聯形成的空間三維網絡結構基礎上，通過物理吸附和化學吸附的共同作用實現吸水能力，并最終達到溶脹平衡。Flory公式可以對SAP溶脹平衡時的最大吸水能力進行定量表示：

式中：Q 為吸水倍率；Ve/Vo為交聯密度；（0.5-X1）/V1為對水的親和力；i/Vu為固定在樹脂上的電荷密度；S為外部溶液電解質的離子強度。其中分子第一部分代表滲透壓，即物理吸附；第二部分代表對水的親和力，即化學吸附；分母為交聯密度。因此，SAP的吸水能力是受電解質濃度、樹脂親水性強弱以及交聯密度等共同作用的影響。

根據Flory理論，SAP顆粒的交聯密度增大會凝膠強度增加，提高加壓吸收率以及通液性，但是同時SAP吸保水量會降低，SAP的保水性能與通液性的關系如圖1所示。這是典型的“魚（保水）”與“熊掌（加壓吸收、通液性）”不可兼得。因此如何平衡這兩者的關系就取決于SAP供應商的產品研發能力。

圖1 SAP的保水性能與通液性的關系圖

3 SAP的性能評價指標

3.1 吸收速度

測試方法通常采用漩渦消失法，即迅速地加入SAP樣品到一個正在攪拌的已知體積的0.9%NaCl溶液中，SAP樣品吸收鹽溶液后開始形成凝膠。記錄從加SAP開始到形成液體凝膠、攪拌產生的漩渦消失，最終凝膠表面變得平滑的時間。吸收速度的快慢直接影響著尿褲等最終產品的吸收速度，在保證整體性能不變的情況下，吸收速度越快越好。

3.2 飽和吸收倍率

測試方法通常采用茶袋法，即稱量一定量試樣，放于茶袋中。將茶袋放入液體中吸液30min后，懸掛10min瀝去多余液體后稱量計算，確定吸水倍率。其中用于測試的液體可為生理鹽水、去離子水、純凈水以及自來水等。飽和吸收倍率反映著SAP的最大吸液能力，也間接影響著尿褲等最終產品的最大吸液能力。

3.3 離心保水量

通常采用茶袋法測定：即稱量一定量試樣，放于茶袋中。茶袋放入生理鹽水中吸液30min后，取出放入離心脫水機，在250g離心力下離心3min瀝去多余液體后稱量計算，確定離心保水量。離心保水量反映了SAP在吸液飽和后受力情況下所能保存的最大液體量，間接影響著尿褲等最終產品保水能力。

3.4 加壓吸收量

測試方法為：稱重試樣并將其分布在指定圓筒底部的過濾篩網上。對試樣施加均勻的壓力。接著將筒體置于充滿生理鹽水的培養皿中的濾板上。吸收1h后，取走濾板上的筒體并稱重，計算加壓吸收量。施加的壓力多為0.3psi、0.7psi及0.9psi等。加壓吸收量反映著SAP在受壓情況下所能吸收的最大液體量，其大小決定著尿褲等最終產品在實際使用情況下的吸液能力。

3.5 短時間吸收倍率

測試方法與飽和吸收倍率一致，只是吸收時間縮短，通常多采用1min，主要用于測試SAP短時間的吸液能力。通常SAP的吸收速度越快，其短時間吸收倍率越高。短時間吸收倍率的大小直接決定著尿褲等最終產品的瞬間吸收能力。

3.6 通液速率

測試方法主要是將SAP吸收一定量生理鹽水后膨脹形成凝膠層，在凝膠層施加一定壓力，然后測試在受壓情況下生理鹽水透過此凝膠層的體積流速。通液速率反映了SAP對液體的導流作用，通液速率越小，SAP越易發生結團堵塞情況，決定著液體在尿褲等最終成品中的擴散快慢，擴散不好易導致發生側漏現象，影響用戶使用感受。

3.7 殘存單體

測試方法為：用生理鹽水將SAP內部的殘存單體提取出來，然后通過高效液相色譜法進行測定，用外標法定量。SAP的殘存單體含量通常要求小于500ppm。如果殘存單體過高，會影響SAP在應用過程中用戶的使用感受。殘存單體過多會導致尿褲等最終成品吸液后的酸堿性強弱，影響用戶使用感受，易導致紅疹現象的發生。

3.8 粒度分布

測試方法為：利用一系列標準篩，將粒度大小不同的SAP分開，進行分別稱重，然后計算出各級粒度SAP所占的質量百分數，即可得出SAP的粒度分布情況。通常不同應用領域對SAP粒度分布要求也不盡相同。

4 SAP的應用領域

4.1 嬰兒紙尿褲

SAP消費總量的近3/4應用在了嬰兒紙尿褲領域，并且這一用量在未來數年仍將會以超過年5%以上的速度持續平穩增長。隨著嬰兒紙尿褲不斷發展，其吸水層結構已經從最初的SAP與絨毛漿混合制成的混棉結構發展成為由無紡布層、膨化紙層、SAP層等多層疊加搭配制成的“三明治”型芯體結構以及半混棉半芯體結構等。芯體結構一方面可以改善混棉型結構易斷層等缺點，實現嬰兒紙尿褲的超薄結構，另一方面又可以減少包裝材料從而實現節約運輸成本的目的，同時也降低了對設備投資的要求。未來嬰兒紙尿褲的發展趨勢還會繼續向著更輕更薄方向發展。

對于混棉型嬰兒紙尿褲，其對SAP的離心保水量、生理鹽水飽和吸收量具有較高要求；而對于芯體型嬰兒紙尿褲，其對SAP的吸收速度、短時間吸收倍率以及干爽性等有較高要求。

4.2 衛生巾

在我國，衛生巾的生產始于20世紀80年代初期，隨后，衛生巾生產設備國產化程度逐漸提高，技術改造和設備更新的步伐加快，企業之間的競爭加劇。這種競爭不僅迎來了我國衛生巾產業的快速發展期，也使國產的衛生巾生產設備開始逐步完成了引進-吸收-追趕的發展，目前基本上已經達到了國際水平。

未來隨著我國國民經濟繼續保持平穩較快增長，女性衛生用品將繼續以高于世界平均水平的速度穩定增長，進而帶到衛生巾用SAP產品需求量的增加。

對于衛生巾領域，通常高吸水樹脂具有吸收速度快、短時間生理鹽水和血液飽和吸收倍率高等特點，同時對SAP顆粒的粒度分布有一定要求，平均粒子徑一般在200μm左右，較大顆粒會影響衛生巾表面的柔軟度和舒適度。

4.3 成人失禁用品

我國已進入人口老齡化快速發展期，是世界上老年人口最多的國家。而在多年獨生子女的政策影響下，老年人口的劇增讓老年人的生活照料問題日益凸顯。我國成人失禁用品市場處于發展初期，由于基數低，所以增長率很高，隨著我國經濟的發展、社會進入老齡化以及老年消費者可支配收入的提高、觀念的轉變，這一市場將持續高速增長，具有很大的發展潛力。

對于成人失禁用品領域，通常要求SAP具有高離心保水量、高飽和吸收倍率、價格低廉等特點，而對吸收速度沒有較高要求。

4.4 寵物墊

目前國內寵物用品市場是一個正在起步階段的成長型市場。多年前，部分歐美等發達國家或地區在產業轉移的過程中，將一些寵物用品的生產制造環節轉移到了中國大陸，但他們的設計和市場基本上還是留在了本國或本地區，所以形成了今天中國制造的寵物用品大多用于出口的市場現狀。

隨著寵物墊出口的暢銷，國內很多生產衛生護理用品的企業紛紛上了寵物尿墊生產線，這必將導致國內寵物墊用SAP需求量的不斷增長。

對于寵物墊領域，通常要求SAP具有較高的吸收速度、短時間飽和吸收倍率高、價格低廉等特點。

5 結語

近年來，隨著我國經濟的不斷快速發展，人民的生活水平也在不斷提高，進而帶動了人們對高生活品質的追求。在衛生用品等涉及到SAP的領域對高性能、高品質、特色化產品的呼聲也越來越高，為了迎合大眾的追求，勢必會對SAP提出更高的要求，因此對于SAP行業，只有生產出性能優異、特色明顯、功能多樣化的針對性產品才能在未來滿足大眾的需求，實現長遠發展。

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S12

A

1004-7344（2016）12-0321-02

2016-4-10

朱富軍（1982-），男，SAP工藝工程師，本科，主要從事SAP的工藝技術管理、生產、研發及應用相關工作。

王翔（1990-），男，SAP研發技術員，碩士，主要從事SAP的研發及應用相關工作。