一種高吸水性樹脂的制備及性能研究

摘 """""要：為了提升高吸水性樹脂的吸收速度和加壓吸收倍率，以丙烯酸為聚合單體，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為交聯劑，過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉為引發劑，十二烷基硫酸鈉為添加劑，丁二醇二縮水甘油醚為表面處理液，采用水溶液聚合法合成了高吸水性樹脂。通過電鏡對高吸水性樹脂的顆粒形態進行了表征，研究了聚合單體用量，交聯劑用量，引發劑用量，添加劑用量，表面處理液用量等對高吸水性樹脂吸收速度和加壓吸收倍率的影響。結果表明，合成最佳條件為丙烯酸用量為300 g，交聯劑用量為3.6 g，引發劑用量為0.9 g，"添加劑用量為0.2 g，表面處理液用量為1.5 g，此條件下制備的高吸水性樹脂具有快的吸收速度和高的加壓吸收倍率，吸收速度為8 s，加壓吸收倍率為32 g·g^-1。

關 "鍵 "詞：高吸水性樹脂；丙烯酸；吸收速度；加壓吸收倍率

中圖分類號：TQ325"""""文獻標識志碼：A """"文章編號：1004-0935（20202024）0×10-1537-04

高吸水性樹脂是一類含有大量強親水基團和獨特三維空間網絡結構的功能高分子材料，"高吸水性樹脂發展迅速，品種繁多，對其分類可以從多種角度進行，如原料來源、制品形態、交聯方式和親水化方法等，"目前最常用的分類方法是按原料來源進行分類，分為合成類和天然類，其中合成類主要包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系和聚氧乙烯系，天然類則主要包括淀粉系和纖維素系。高吸水性樹脂的制備方法主要有本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合^[1]和乳液聚合，目前最常用的制備方法是溶液聚合法^[2-5]。

高吸水性樹脂本身既不溶于水也不溶于有機溶劑，能吸收自身重量成百上千倍的水分，吸收速度快且所吸收的水分即使在加壓的情況下也不易溢出，吸水后呈凝膠狀，所以高吸水性樹脂被廣泛應用于嬰兒紙尿褲和婦女衛生巾等衛品領域^[6]。在衛品的實際應用過程中，高吸水性樹脂的吸收速度不夠快，會導致側漏問題的產生；高吸水性樹脂的加壓吸收倍率不高，會導致衛品的返滲量大，表層干爽度差，通過本文中的實驗方案制備的高吸水性樹脂不但有著超快的吸收速度而且還有著較高的加壓吸收倍率，應用于衛品后不但能避免側漏問題而且還能明顯降低返滲量，提升表層干爽度，本文制備的高吸水性樹脂對提升衛品的品質起著至關重要的作用。

1 "實驗部分

1.1 "原材料

丙烯酸（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），氫氧化鈉（分析純，天津市永大化學試劑有限公司），三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（分析純，廣東方信生物科技有限公司），過硫酸鉀（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），亞硫酸氫鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），十二烷基硫酸鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司），丁二醇二縮水甘油醚（分析純，廣東粵豐化學試劑有限公司），氯化鈉（分析純，天津市鼎盛鑫化工有限公司）。

1.2 "設備及儀器

分析天平（HZK-FA210），華志（福建）電子科技有限公司；數顯恒溫水箱（HH-420），常州丹瑞實驗儀器設備有限公司；電熱鼓風干燥箱（WGL-45B），天津市泰斯特儀器有限公司；萬能高速粉碎機（QE-400克），浙江屹立工貿有限公司；振動篩（WQS），上海儀電物理光學儀器有限公司。

1.3 "試樣的制備

將300 g丙烯酸加入464 g去離子水中，開啟攪拌并緩慢滴加236 g質量分數為48%的液堿，中和完畢后分別取3.6 g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5 g的過硫酸鉀、0.4 g的亞硫酸氫鈉、0.2 g十二烷基硫酸鈉，攪拌均勻，將混合溶液加熱至50"℃，攪拌至液體變黏稠，反應完成后得到膠體，將膠體破碎，于160"℃烘干3"h，粉碎、過篩，"將1.5 g丁二醇二縮水甘油醚和過篩后的吸水樹脂混合均勻后于120"℃保溫1"h進行表面交聯，得到高吸水性樹脂。

1.4 "測試

吸收速度的測定：用100"mL燒杯稱量50"g生理鹽水，溫度（25±2）℃。加入磁力轉子，攪拌轉速調節至600"r·min^-1。精確稱量2.00"g試樣，一次性全部倒入燒杯中。投入后，開始計時。在吸收生理鹽水的同時，中間液面的漩渦開始消失。漩渦消失液面達到水平，以燒杯液面SAP凝膠停止轉動為終點，測定達到終點所需時間（單位：s）。

加壓吸收倍率的測定：取0.160 g試樣m₁，準確至0.001 g，裝入塑料圓桶（內徑為25 mm、外徑為31 mm、高為32 mm，且底面粘有63 μm尼龍網）中。"將粘好砝碼的塑料活塞（2 068 Pa，圓桶型，外徑25 mm，能與塑料圓桶緊密連接，且能上下自如活動）裝入已經裝好測試試樣的塑料圓桶中，稱量其質量m₂。將裝入試樣的塑料圓桶置于淺底盤（內徑為85 mm?高為20 mm，且粘有直徑為2 mm的隔離條）的中央。塑料圓桶、砝碼、塑料活塞、淺底盤等見圖1，60 min后，將塑料圓桶從淺底盤中提出，稱量該圓桶的質量m₃。加壓吸收倍率的計算公式見式（1）

加壓吸收倍率（g·g^-1）＝"（m₃-m₂）/m₁"""（1）

式中：m₁—稱取試樣的質量，g；

m₂—塑料活塞、塑料圓筒和試樣的質量，g；

m₃—加壓吸收后塑料活塞、塑料圓筒和試樣的質量，g。

2 "結果與討論

2.1 "普通高吸水性樹脂與本文制備的高吸水性樹脂顆粒形態對比圖

通過圖2和圖3的對比可以看出，通過實驗方案制備的高吸水性樹脂表面更規則，原因為本方案聚合過程添加了十二烷基硫酸鈉，造粒過程中剪切力更小，使得膠粒更完整，表面更規則。

2.2 "聚合單體（丙烯酸）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響

三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量為3.6 g，過硫酸鉀用量為0.5 g、亞硫酸氫鈉用量為0.4 g，十二烷基硫酸鈉用量為0.2 g，丁二醇二縮水甘油醚用量為1.5 g，改變反應體系的丙烯酸用量，制備高吸水性樹脂，結果如圖4所示。

丙烯酸用量少時，由于聚合單體濃度低，鏈增長的概率低，產物的分子量低，導致分子的凝膠強度低，分子內部三維網狀結構形成不充分，高吸水性樹脂的吸收速度^[7]偏慢，加壓吸收倍率^[8]偏低；隨著丙烯酸用量的增加，鏈增長速率加快，三維網狀結構形成更充分，分子的凝膠強度變強，高吸水性樹脂的吸收速度逐漸變快，加壓吸收倍率呈現增長趨勢；當丙烯酸用量過多時，反應速率過快，形成的三維網狀結構過于致密，導致吸收速度變慢，加壓吸收倍率降低。

2.3 "交聯劑（三羥甲基丙烷三丙烯酸酯）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響

丙烯酸用量為300 g，過硫酸鉀用量為0.5 g、亞硫酸氫鈉用量為0.4 g，十二烷基硫酸鈉用量為0.2 g，丁二醇二縮水甘油醚用量為1.5 g，考察不同交聯劑（三羥甲基丙烷三丙烯酸酯）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響，結果見圖5。

當三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量較少時，高吸水性樹脂分子內部交聯不充分，凝膠強度低，三維網狀結構松散，高吸水性樹脂的加壓吸收倍率低，吸收速度慢；隨著三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量的增加，高吸水性樹脂內部交聯充分，高吸水性樹脂的加壓吸收倍率逐漸增強，吸收速度逐漸變快；但是三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量過多時，導致高吸水性樹脂內部交聯過度，網狀結構中的交聯點過多，分子鏈的溶脹受到約束，高吸水性樹脂的加壓吸收倍率變低，吸收速度變慢。

2.4 "引發劑（過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響

丙烯酸用量為300 g，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量為3.6 g， 十二烷基硫酸鈉用量為0.2 g，丁二醇二縮水甘油醚用量為1.5 g， 考察不同引發劑（過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉，保持配比不變）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響，結果見圖6。

當引發劑用量過少時，引發的活性中心相對較少，聚合反應速率慢，反應不充分，得到的樹脂吸收速度慢，加壓吸收倍率低；隨著引發劑用量的增加，聚合反應速率適中，得到的產物分子量變大，樹脂的加壓吸收倍率逐漸增高，吸收速度變快；當引發劑用量過大時，聚合反應劇烈，聚合熱難以釋放，產物之間發生黏結而產生爆聚，相對分子質量變小，導致產物的加壓吸收倍率變低，吸收速度變慢^[9-12]。

2.5 "添加劑（十二烷基硫酸鈉）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響

丙烯酸用量為300 g，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量為3.6 g， 過硫酸鉀用量為0.5 g，亞硫酸氫鈉用量為0.4 g，丁二醇二縮水甘油醚用量為1.5 g， 考察不同添加劑（十二烷基硫酸鈉）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響，結果見圖7。

隨著十二烷基硫酸鈉用量的增多，高吸水性樹脂膠體在造粒時由于具備良好的分散效果，所承受的剪切力較小，經過造粒盤后得到的膠粒顆粒度完整，表面更規則，凝膠強度高，加壓吸收倍率高，由于十二烷基硫酸鈉具有良好的親水性，制備的高吸水性樹脂更親水，吸收速度更快；但十二烷基硫酸鈉用量過多，聚合反應速率會變慢，導致反應不充分，吸收速度變慢，加壓吸收倍率變低。

2.6 "表面處理液（丁二醇二縮水甘油醚）用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響

丙烯酸用量為300 g，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量為3.6 g， 過硫酸鉀用量為0.5 g，亞硫酸氫鈉用量為0.4 g，十二烷基硫酸鈉用量為0.2 g，考察不同丁二醇二縮水甘油醚用量對吸收速度和加壓吸收倍率的影響，結果見圖8。

隨著丁二醇二縮水甘油醚用量的增加，高吸水性樹脂表面的核殼結構形成得越來越均勻，高吸水性樹脂的加壓吸收倍率逐漸增高，吸收速度逐漸加快^[13]；但丁二醇二縮水甘油醚用量過多時，導致高吸水性樹脂的表層殼過厚，吸水能力受到限制^[14-16]，從而使高吸水性樹脂的吸收速度變慢，加壓吸收倍率降低。

4 "結論

目前衛品用高吸水性樹脂的吸收速度一般在20～50 s，加壓吸收倍率在10～20 g·g^-1，應用于紙尿褲或衛生巾時由于吸收速度不夠快，容易引發側漏；在紙尿褲或衛生巾的實際應用過程中，較大部分是處于負重狀態下，所以高吸水性樹脂的加壓吸收倍率不高就會導致吸液后返滲量大，表層不干爽。

采用水溶液聚合法，以丙烯酸為聚合單體，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為交聯劑，過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉為引發劑，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為添加劑，丁二醇二縮水甘油醚為表面交聯劑，合成了具有超快吸收速度和超高加壓吸收倍率的高吸水性樹脂，通過試驗得到制備樹脂較優化的實驗方案為：丙烯酸用量為300 g，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯用量為3.6 g， 過硫酸鉀用量為0.5 g，亞硫酸氫鈉用量為0.4 g，十二烷基硫酸鈉用量為0.2 g，丁二醇二縮水甘油醚用量為1.5 g，此條件下制備的高吸水性樹脂具有較快的吸收速度和較高的加壓吸收倍率，吸收速度為8 s，加壓吸收倍率為32 g·g^-1。

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Study on"Preparation and Performance Study of a High Water Absorbent Resin

LI Zhen"¹， JIAO Hong-yan"²， TIAN Chun-lan^"2， LI Zhe"¹

（1. . Shandong Nuoer"Biotechnology Co.，"Ltd.，"Dongying Shandong"Dongying""257000，，"China；;

2. Noughchen"Co."，""Ltd.，"Dongying Shandong Dongying 257000，，"China）

Abstract：""In order to improve the absorption rate and pressure absorption rate of high water absorbent resin，"this article usestaking"acrylic acid as the polymerization monomer， trimethylolpropane"triacrylate"as the crosslinking agent， potassium persulfate and sodium bisulfite as initiators， sodium dodecyl sulfate as an additive， and butanediol diglycidyl ether as the surface treatment solution"to，"synthesize high water absorbent resin was synthesized through aqueous solution polymerization. The particle morphology of high water absorbent resin was characterized by electron microscopy， and the effects of monomer dosage， crosslinking agent dosage， initiator dosage， additive dosage， and surface treatment solution dosage on the absorption rate and pressure absorption rate of high water absorbent resin were studied. The results showed that the optimal synthesis conditions were as follows： 300 g of acrylic acid"300 g， 3.6 g of crosslinking agent"3.6 g，"0.9 g of"initiator"0.9 g， 0.2 g of additive"0.2 g， and"1.5 g of"surface treatment solution"1.5 g. Under these conditions， the prepared superabsorbent"resin had a fast absorption rate and high pressure absorption rate， with an absorption rate of 8 s and a pressure absorption rate of 32 g·"· g^-1.

Key words："High water absorbent resin; Acrylic acid; Absorption rate; Pressure absorption rate