CN112552468B - 高吸水树脂及制备方法 - Google Patents

高吸水树脂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子化工助剂技术领域，公开了一种高吸水树脂及制备方法。其中制备方法包括如下步骤：称取原料，原料按重量份计包括如下组分：互穿聚合物：1‑5份，丙烯酸：200‑300份，质量百分含量为50％的氢氧化钠溶液：150‑300份，去离子水：500‑800份，前交联剂：0.5‑3份，引发剂：0.1‑2份，表面交联液：10‑20份；将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸，中和至PH值为6‑7；降温至23±2℃；隔绝氧气，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温至温度恒定，然后在80‑90℃保温2小时得到树脂胶体，将树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到树脂颗粒；将表面交联液加入到树脂颗粒表面；冷却筛分即得高吸水树脂；高吸水树脂中含有半网络互穿结构。本发明的高吸水树脂吸水性能优异。

Description

高吸水树脂及制备方法
技术领域
本发明涉及高分子化工助剂技术领域，尤其涉及一种高吸水树脂及制备方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，它含有强亲水性基团，经适度交联而具有三维网络结构，可通过水合作用迅速的吸收自身质量十几倍乃至上千倍的水而成凝胶状。
高吸水树脂广泛应用在纸尿裤、卫生巾等卫生用品领域。对于卫生材料中所使用的吸水树脂，需要其吸保水、承压下的吸收能力、吸收速度、水通过凝胶的流通性(通液性能)等优异的吸水性能。现有的高吸水树脂的吸水性能还有很大的改善空间。
众所周知，SAP之所以能够吸收大量的水，机理是：高吸水树脂分子链上的亲水性基团与水分子形成稳定的氢键结合，再导致亲水性基团电离，因电离而带电荷的亲水性基团互相排斥引起网络结构的扩展。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种高吸水树脂及制备方法，本发明的高吸水树脂中含有网络互穿结构，吸水性能优异。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种高吸水树脂的制备方法，包括如下步骤：
称取原料，所述的原料按重量份计包括如下组分：互穿聚合物：1-5份，丙烯酸：200-300份，质量百分含量为50％的氢氧化钠溶液：150-300份，去离子水：500-800份，前交联剂：0.5-3份，引发剂：0.1-2份，表面交联液：10-20份。
将所述的互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸，混合均匀后用氢氧化钠溶液中和至PH值为6-7；
将中和完毕的丙烯酸溶液降温至23±2℃；隔绝氧气，向所述的丙烯酸溶液中加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温至温度恒定，然后在80-90℃保温2小时得到树脂胶体，将所述的树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀，表面交联温度为120℃-200℃，保温时间为10min-60min；
保温结束后冷却至室温筛分即得高吸水树脂颗粒；所述的高吸水树脂颗粒中含有半网络互穿结构。
进一步的，所述的互穿聚合物由如下方法制备而得：
按重量份计称取如下组分：聚乙烯醇：50份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：50份，丙烯酰胺：150份，去离子水：600份，过硫酸钾：1份，亚硫酸氢钠：0.4份；
将聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺在去离子水中充分溶解得到混合液；向所述的混合液中通氮气30min去除氧气，常温下加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠引发反应；升至终温后保温5h，所述的终温为80-85℃；经造粒、烘干、破碎、筛分，取25-100目颗粒得所述的互穿聚合物。
进一步的，所述的前交联剂为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、N–羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇600丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙稀酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种复合。
进一步的，所述表面交联液为多元醇类、多元胺化合物、环氧化合物中的一种或多种。
进一步的，所述的多元醇类包括乙二醇、丁二醇、丙三醇、三乙二醇等；所述多元胺类化合物包括：乙二胺、二乙二胺和三乙二胺；所述环氧化合物包括丁二醇二缩水甘油醚、聚丙三醇聚缩水甘油醚和山梨醇聚缩水甘油醚。
进一步的，所述的引发剂为过硫酸钠和亚硫酸氢钠。
进一步的，所述的隔绝氧气采用通氮气排氧气的方式，通氮气时间为10-20min，引发温度控制在23±2℃，自然升温的峰值为85-90℃。
进一步的，所述的表面交联温度为120-150℃，保温时间为40-60min。
另一方面，本发明提供了一种高吸水树脂，所述的高吸水树脂中含有网络互穿结构。
进一步的，所述的高吸水树脂由上述的制备方法制备而得。
本发明实施例具有如下有益效果：
本发明的高吸水树脂通过互穿聚合物，引入大量的亲水基团，增加了SAP的离子化程度和网络结构的离子电荷密度，改善了高吸水树脂的耐盐性能，从而大幅度提高了高吸水树脂在盐水中的吸保水性能；同时半互穿结构会在颗粒表面形成表面褶皱和孔洞，从而提高了高吸水树脂的吸收速度。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。
一种高吸水树脂的制备方法，包括如下步骤：
称取原料，所述的原料按重量份计包括如下组分：互穿聚合物：1-5份，丙烯酸：200-300份，质量百分含量为50％的氢氧化钠溶液：150-300份，去离子水：500-800份，前交联剂：0.5-3份，引发剂(氧化还原剂)：0.1-2份，表面交联液：10-20份。
将所述的互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸，混合均匀后用氢氧化钠溶液中和至PH值为6-7；
将中和完毕的丙烯酸溶液降温至23±2℃；隔绝氧气，向所述的丙烯酸溶液中加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温至温度恒定，然后在80-90℃保温2小时得到树脂胶体，将所述的树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀，表面交联温度为120℃-200℃，保温时间为10min-60min；
保温结束后冷却至室温筛分即得高吸水树脂颗粒；所述的高吸水树脂颗粒中含有半网络互穿结构。
在本发明的一些实施例中，所述的互穿聚合物由如下方法制备而得：
按重量份计称取如下组分：聚乙烯醇：50份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：50份，丙烯酰胺：150份，去离子水：600份，过硫酸钾：1份，亚硫酸氢钠：0.4份；
将聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺在去离子水中充分溶解得到混合液；向所述的混合液中通氮气30min去除氧气，常温下加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠引发反应；升至终温后保温5h，所述的终温为80-85℃；经造粒、烘干、破碎、筛分，取25-100目颗粒得所述的互穿聚合物。
在本发明的一些实施例中，所述的前交联剂为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、N–羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇600丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙稀酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种复合。
在本发明的一些实施例中，所述表面交联液为多元醇类、多元胺化合物、环氧化合物中的一种或多种。
在本发明的一些实施例中，所述的多元醇类包括乙二醇、丁二醇、丙三醇、三乙二醇等；所述多元胺类化合物包括：乙二胺、二乙二胺和三乙二胺；所述环氧化合物包括丁二醇二缩水甘油醚、聚丙三醇聚缩水甘油醚和山梨醇聚缩水甘油醚。
在本发明的一些实施例中，所述的引发剂为过硫酸钠和亚硫酸氢钠。
在本发明的一些实施例中，所述的隔绝氧气采用通氮气排氧气的方式，通氮气时间为10-20min，引发温度控制在23±2℃，自然升温的峰值为85-90℃。
在本发明的一些实施例中，所述的表面交联温度为120-150℃，保温时间为40-60min，优选最佳保温时间50min。
在本发明的一些实施例中，添加互穿聚合物时应在搅拌状态下，缓慢加入，搅拌时间不少于30min；
在本发明的一些实施例中，烘干温度为120℃。
另一方面，本发明提供了一种高吸水树脂，所述的高吸水树脂中含有网络互穿结构。
在本发明的一些实施例中，所述的高吸水树脂由上述的制备方法制备而得。
实施例一：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000051
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min。
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
实施例二：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000052
Figure BDA0002829284100000061
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
实施例三：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000062
Figure BDA0002829284100000071
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
实施例四：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000072
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
对比例一：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000081
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
对比例二
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000091
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
对比例三：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000092
Figure BDA0002829284100000101
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
对比例四：
原料重量份：
Figure BDA0002829284100000102
具体的制备过程如下：
(1)将互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸混合均匀后，用氢氧化钠中和PH值6-7；
(2)通氮气除氧，加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温；
(3)温度不上升即为反应结束，然后在80-90℃保温2小时，树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
(4)将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀于140℃保温30min；
(5)保温结束后冷却至室温筛分即得具有超高凝胶强度的高吸水树脂颗粒。
将实施例1-4和对比例1-4的产品的吸水倍率、保水率和吸收速度进行对比(数据均为在0.9％的盐水条件下测得)。其中，吸水倍率和保水率的测定方法如下：(1)准确称取0.2000g试样，导入茶袋后封口，浸泡至足量的生理盐水中；(2)30分钟后，将茶袋拎出，用夹子斜挂，静止状态下滴水10分钟后，称量质量，使用没有试样的茶袋作为对照同时进行空白值测定；(3)将茶袋放入离心机以250g的离心力进行离心脱水，离心3分钟后脱水结束后，称量茶袋质量；(4)每个样品平行测试四组数据，分别计算吸水倍率和保水倍数，取平均值为测定结果。吸收速度的测定方法如下：(1)向带有转子的100mL烧杯中装入50.0±0.5g的生理盐水；(2)调节磁力搅拌器以600rpm的速度进行搅拌，准确称取2.00g的试样，投入到漩涡中，同时用秒表开始计时，当漩涡消失，液面成为水平状态时，作为终点，记录时间(秒)；(3)每个样品平行测试3组数据，取平均值作为测定结果。对比结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002829284100000111
本发明中互穿聚合物为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和聚乙烯醇共聚而成，与高吸水树脂互穿后，可引入羟基、磺酸基、酰胺基等大量的亲水基团，可以提高SAP的离子化程度和网络结构的离子电荷密度，改善了高吸水树脂的耐盐性能，从而大幅度提高了高吸水树脂在盐水中的吸保水性能；同时半互穿结构会在颗粒表面形成表面褶皱和孔洞，从而提高了高吸水树脂的吸收速度。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高吸水树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
称取原料，所述原料按重量份计包括如下组分：互穿聚合物：3-5份，丙烯酸：220-270份，质量百分含量为50%的氢氧化钠溶液：150-300份，去离子水：500-800份，交联剂：0.5-3份，引发剂：0.1-2份，表面交联液：10-20份；
将所述互穿聚合物溶于去离子水中，加入丙烯酸，混合均匀后用氢氧化钠溶液中和至PH值为6-7；
将中和完毕的丙烯酸溶液降温至23±2℃；隔绝氧气，向所述的丙烯酸溶液中加入交联剂、引发剂引发聚合并自然升温至温度恒定，然后在80-90℃保温2小时得到树脂胶体，将所述树脂胶体经造粒、烘干、粉碎、筛分得到30-80目树脂颗粒；
将表面交联液混合后加入到树脂颗粒表面并充分拌均匀，表面交联温度为120℃-200℃，保温时间为10min-60min；
保温结束后冷却至室温筛分即得高吸水树脂颗粒；所述高吸水树脂颗粒中含有半网络互穿结构；
所述互穿聚合物由如下方法制备而得：
按重量份计称取如下组分：聚乙烯醇：50份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 ：50份，丙烯酰胺：150份，去离子水：600份，过硫酸钾：1份，亚硫酸氢钠：0.4份；
将聚乙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺在去离子水中充分溶解得到混合液；向所述混合液中通氮气30min去除氧气，常温下加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠引发反应；升至终温后保温5h，所述终温为80-85℃；经造粒、烘干、破碎、筛分，取25-100目颗粒得所述互穿聚合物。
2.根据权利要求1所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N-亚甲基二丙烯酰胺、 N–羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇600丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙稀酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种复合。
3.根据权利要求1所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述表面交联液为多元醇类、多元胺化合物、环氧化合物中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述多元醇类包括乙二醇、丁二醇、丙三醇、三乙二醇；所述多元胺类化合物包括：乙二胺、二乙二胺和三乙二胺；所述环氧化合物包括丁二醇二缩水甘油醚、聚丙三醇聚缩水甘油醚和山梨醇聚缩水甘油醚。
5.根据权利要求1所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钠和亚硫酸氢钠。
6.根据权利要求1所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述隔绝氧气采用通氮气排氧气的方式，通氮气时间为10-20min，引发温度控制在23±2℃，自然升温的峰值为85-90℃。
7.根据权利要求1所述的高吸水树脂的制备方法，其特征在于，所述表面交联温度为120-150℃，保温时间为40-60min。
8.一种高吸水树脂，其特征在于，所述高吸水树脂中含有网络互穿结构；所述高吸水树脂由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而得。
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