一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法与流程

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高吸水性丙烯酸树脂的制备方法。

背景技术：

高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。此外，高吸水性树脂还可应用于医疗卫生、石油开采、建筑材料、交通运输等许多领域。在医疗卫生领域中，高吸水性树脂主要是作为纸尿裤(片)、生理用卫生巾等吸收性卫生用品。吸水性树脂的种类很多，其中，使用丙烯酸和/或其盐作为单体的聚丙烯酸(盐)型高吸水性树脂由于其吸水性能高、生产工艺相对简单、原材料价格相对便宜而且容易得到、生产过程污染较小，使用最为广泛。

目前，制备丙烯酸型高吸水性树脂的方法主要是目前生产高吸水性树脂主要有反相悬浮聚合和水溶液聚合两种技术，其中水溶液聚合技术以其工艺相对简单、生产过程环保无污染等诸多优势占据高吸水性树脂市场的90％以上，但水溶液聚合技术的普遍缺点是吸水速度较慢，导致制成品在使用初期由于体液(尿液或经血)没有及时地被吸收，从而造成舒适度不佳。为了提高吸收速度，有些就 把颗粒磨粉更细，通过增加比表面积的方法来提高速度，不过这样一来，在制成品的加工成型过程中很容易造成粉尘飞扬，一是造成物料损失，二是物料下料量不足，三是对工作环境和操作人员均有较大影响。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高吸水性丙烯酸树脂的制备方法，通过水溶液聚合与表面活性剂结合，获得一种高吸水性丙烯酸树脂，提高吸水性丙烯酸树脂的吸水效果、吸收速度以及保水率，并有效地提高聚合后凝胶的润滑性和加工性能。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：

一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法，其是以丙烯酸、水溶性丙烯酸盐或水溶性丙烯酸衍生物作为聚合单体，通过水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸树脂；具体步骤如下：

1)将碱性物质溶于去离子水后缓慢地加入丙烯酸单体溶液中，在搅拌状态下进行中和反应，控制反应温度≤30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分别加入表面活性剂、引发剂和交联剂，搅拌均匀后转放到带式聚合机上，开始聚合反应，反应后得到块状弹性凝胶；

3)将步骤2)的块状弹性凝胶切粒后转入到带式烘干机中进行干燥；得到烘干颗粒；

4)步骤3)得到的烘干颗粒料送进磨粉机进行磨粉后根据颗粒大小要求进行筛分；

5)经步骤4)筛分后的吸水性树脂颗粒转入到混料机中，按照吸水性树脂与表面交联剂的质量比为100:4-5的比例喷加进行表面交联反应，温度控制在为 100～180℃，时间控制为0.5～3小时，处理完毕后出料冷却即可进行混合包装。

具体的，上述方案中，所述聚合单体与氢氧化钠、去离子水、引发剂、表面活性剂的用量以质量百分数计分别为：聚合单体25-50％、碱性物质8-25％、去离子水35-60％、引发剂0.1-0.8％、交联剂0.17-1.5％，表面活性剂0.01-0.1％。

具体地，本发明中所指出的丙烯酸盐为丙烯酸钠或丙烯酸钾。所述碱性物质为氨水或氢氧化钠。

具体地，本发明所采用的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠中的一种或两种以上混合。

具体地，本发明中所涉及的表面活性剂为所述表面活性剂为司盘-20或司盘-60。在聚合反应中表面活性剂不参与聚合反应，不影响产品性能，而且聚合后的凝胶中因为包含有一定量的表面活性剂，从而能够有效地提高聚合后凝胶的润滑性，易于切碎、造粒，不易粘黏设备，有利于工业化大生产。

上述方案中，步骤5)进行表面交联处理时，吸水性树脂与表面交联剂的质量比为100:4.1。优选的温度控制为145-155℃，反应时间控制为0.8-1.5小时。

上述方案中，步骤5)所述的表面交联剂为多元醇化合物、衍生于分子量为200-2000的聚乙二醇的聚乙二醇二烯丙基醚的衍生物、或季戊四醇三烯丙基醚或三羟甲基丙烷二烯丙基醚、或分子量200-2000的聚乙二醇改性的丙烯酸酯。具体可列举出的例如单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇或聚乙二醇、单丙二醇、1,3-丙二醇、一缩二丙二醇、2,3,4-三甲基-1,3-戊二醇、聚丙二醇、甘油、聚甘油、2-丁烯-1,4-二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-环己烷二甲醇等多元醇化合物；乙二醇二缩水甘油醚、缩水甘油等的环氧化合物；酰胺交联剂如N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚丙烯酰胺。在一些实施例中，所述交联剂为甘油、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子 量523)中的一种或几种。其中，优选的方案中，采用的表面交联剂为20wt％的N-羟甲基丙烯酰胺溶液。

在本发明的制备方法中，步骤3)中用密闭带式恒温烘干机干燥的温度为130-155℃。

通过本发明的制备方法所获得的高吸水性聚丙烯酸树脂为致密多孔结构，增大了树脂的表面积，从而进一步提高树脂的吸水量和吸收速度。

在本发明的制备方法中，高吸水性丙烯酸树脂的烘干过程也是提高其吸水率和吸水速度的重要步骤，采用普通的烘干方式，温度过高会导致产品内部结构遭到破坏；温度太低，会导致干燥时间过长或干燥不彻底，也会影响产品的吸水效果。因此，在本发明中采用带式烘干机对产品进行干燥。

具体地所述密闭带式恒温烘干机，包括机座、烘干机构、驱动装置以及控制开关；所述烘干机构位于机座上，其包括机箱和双层传送网带；

所述机箱内为干燥室，机箱的一端设置用于将物料送入到传送网带的料斗；

所述双层传送网带位于干燥室内，包括相互平行的上传送网带和下传送网带，上、下传送网带的运动方向与机箱长度方向一致，上传送网带和下传送网带内均设置有红外线辐射器，在上传送网带与下传送网带之间设置有与两者平行的传热隔板；上述料斗位于上传送网带一端的上方，上传送网带远离料斗一端的下方设置有转料斗，转料斗衔接上、下传送网带，将上传送网带上干燥的产品转入到下传送网带上；

所述机座内设置有产品收集箱，在下传送网带远离转料斗的一端下方的机座上开设有出料口，出料口位于产品收集箱的上方，在下层传送网带上干燥后的产品经出料口进入产品收集箱；

所述驱动装置为上传送网带、下传送网带及红外线辐射器提供动力，所述 控制开关与驱动装置电连接，控制开关控制上传送网带、下传送网带及红外线辐射器工作。

作为优选的方案，所述传热隔板上开设有方形通孔，方形通孔上设置有一对盖板，一对盖板的下端分别固定在方形通孔两相对边上，上端相互抵持以在以对盖板的两端面形成相通的开口。该传热隔板，既能隔离上下传送网带上产品，防止上传送网带上的产品混入到下传送网带中而导致干燥不均匀、不彻底。

本发明的有益效果在于：

1.通过本发明的方法制备的高吸水性丙烯酸树脂一方面能够有效地提高聚合后凝胶的润滑性，易于切碎、造粒，不易粘黏设备，有利于工业化大生产；另一方面有效增大产品的比表面积，达到提高产品吸水率及吸水速率的目的；

2.通过本发明的方法所获得的高吸水性丙烯酸树脂可以应用于吸水或吸血产品，尤其是与医疗卫生相关的产品中，如成人或婴儿用纸尿裤，或者是女性用卫生巾、卫生棉，卫生护垫等产品中。

附图说明

图1为本发明所采用的带式烘干机结构示意图；

图2为本发明中所采用的带式烘干机内部结构示意图；

其中的附图标记分别是：10、机座；11、出料口；12、产品收集箱；20、机箱；21、上传送网带；22、下传送网带；23、传热隔板；24、方形通孔；25、盖板；26、转料斗；27、红外线辐射器。

具体实施方式

下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

在下述实施例中，所采用的带式烘干机的具体结构如下：

如图1、图2所示，本发明所述的双层带式烘干机，包括机座10、烘干机构、驱动装置以及控制开关；所述烘干机构位于机座上，其包括机箱和双层传送网带；所述机箱20内为干燥室，机箱20的一端设置用于将物料送入到传送网带的料斗(图未示)；所述双层传送网带位于干燥室内，包括相互平行的上传送网带21和下传送网带22，上、下传送网带的运动方向与机箱20长度方向一致，上传送网带21和下传送网带22内均设置有红外线辐射器25，在上传送网带21与下传送网带22之间设置有与两者平行的传热隔板23；上述料斗位于上传送网带21一端的上方，上传送网带21远离料斗一端的下方设置有转料斗26，转料斗26衔接上、下传送网带，将上传送网带21上干燥的产品转入到下传送网带22上；在本发明中，采用红外干燥，能够避免干燥过程中的水汽冷凝回流导致的干燥不彻底，所述机座内设置有产品收集箱12，在下传送网带远离转料斗的一端下方的机座上开设有出料口11，出料口11位于产品收集箱12的上方，在下层传送网带22上干燥后的产品经出料口进入产品收集箱；所述驱动装置(图未示)为上传送网带21、下传送网带22及红外线辐射器27提供动力，所述控制开关(图未示)与驱动装置电连接，控制开关控制上传送网带21、下传送网带22及红外线辐射器27工作；所述传热隔板上开设有方形通孔24，方形通孔24上设置有一对盖板25，一对盖板25的下端分别固定在方形通孔24两相对边上，上端相互抵持以在以对盖板25的两端面形成相通的开口。

一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法，其是以丙烯酸、水溶性丙烯酸盐或水溶性丙烯酸衍生物作为聚合单体，通过水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸树脂；具体步骤如下：

1)将碱性物质溶于去离子水后缓慢地加入丙烯酸单体溶液中，在搅拌状 态下进行中和反应，控制反应温度≤30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分别加入表面活性剂、引发剂和交联剂，搅拌均匀后转放到带式聚合机上，开始聚合反应，反应后得到块状弹性凝胶；

3)将步骤2)的块状弹性凝胶切粒后转入到带式烘干机中进行干燥；得到烘干颗粒；

4)步骤3)得到的烘干颗粒料送进磨粉机进行磨粉后根据颗粒大小要求进行筛分；

5)经步骤4)筛分后的吸水性树脂颗粒转入到混料机中，按照吸水性树脂与表面交联剂的质量比为100:4-5的比例喷加进行表面交联反应，温度控制在为100～180℃，时间控制为0.5～3小时，处理完毕后出料冷却即可进行混合包装。较佳的温度控制在150℃左右，具体为145-155℃。

实施例1

一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法，其是以丙烯酸为聚合单体，在表面活性剂与引发剂的作用下通过水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸树脂；具体步骤如下：

1)将碱性物质溶于去离子水后缓慢地加入丙烯酸单体溶液中，在搅拌状态下进行中和反应，控制反应温度30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分别加入表面活性剂、引发剂和交联剂，搅拌均匀后转放到带式聚合机上，在85℃温度下恒温聚合，反应后得到块状弹性凝胶；

3)将步骤2)的块状弹性凝胶造粒后转入到密闭带式恒温烘干机中于130℃进行干燥；得到烘干颗粒；

4)步骤3)得到的烘干颗粒料送进磨粉机进行磨粉后根据颗粒大小要求进行筛分；

5)经步骤4)筛分后的吸水性树脂颗粒转入到混料机中，按照吸水性树脂与浓度为20％wt的N-羟甲基丙烯酰胺水溶液的质量比为100:4的比例喷加进行表面交联反应，温度控制在为100℃，时间控制为3小时，处理完毕后出料冷却即可进行混合包装；

其中，以质量百分数计丙烯酸：25％、氢氧化钠：15％、去离子水：59.6％、过硫酸钾：0.1％、交联剂：0.2％、司盘-20：0.1％。

实施例2

一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法，其是以丙烯酸钠为聚合单体，在表面活性剂与引发剂的作用下通过水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸树脂；具体步骤如下：

1)将碱性物质溶于去离子水后缓慢地加入丙烯酸单体溶液中，在搅拌状态下进行中和反应，控制反应温度28℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分别加入表面活性剂、引发剂和交联剂，搅拌均匀后转放到带式聚合机上，在90℃温度下恒温聚合反应5小时反应后得到块状弹性凝胶；

3)将步骤2)的块状弹性凝胶切粒后转入到密闭带式恒温烘干机中于135℃进行干燥；得到烘干颗粒；

4)步骤3)得到的烘干颗粒料送进磨粉机进行磨粉后根据颗粒大小要求进行筛分；

5)经步骤4)筛分后的吸水性树脂颗粒转入到混料机中，按照吸水性树脂与浓度为20％wt的N-羟甲基丙烯酰胺水溶液的质量比为100:4.1的比例喷加进行表面交联反应，温度控制在为150℃，时间控制为1小时，处理完毕后出料冷却即可进行混合包装；

其中，以质量百分数计丙烯酸钠：50％、氨水：10％、去离子水：37.6％、亚硫酸钠：0.8％、交联剂：1.5％司盘-20：0.1％。

实施例3

一种高吸水性聚丙烯酸树脂的制备方法，其是以丙烯酸为聚合单体，在表面活性剂与引发剂的作用下通过水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸树脂；具体步骤如下：

1)将碱性物质溶于去离子水后缓慢地加入丙烯酸单体溶液中，在搅拌状态下进行中和反应，控制反应温度25℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分别加入表面活性剂、引发剂和交联剂，搅拌均匀后转放到带式聚合机上，在100℃温度下恒温聚合反应3小时反应后得到块状弹性凝胶；

3)将步骤2)的块状弹性凝胶切粒后转入到密闭带式恒温烘干机中于155℃进行干燥；得到烘干颗粒；

4)步骤3)得到的烘干颗粒料送进磨粉机进行磨粉后根据颗粒大小要求进行筛分；

5)经步骤4)筛分后的吸水性树脂颗粒转入到混料机中，按照吸水性树脂与浓度为20％wt的N-羟甲基丙烯酰胺水溶液的质量比为100:5的比例喷加进行表面交联反应，温度控制在为180℃，时间控制为0.5小时，处理完毕后出料冷却即可进行混合包装；

其中，以质量百分数计丙烯酸：30％、氢氧化钠：20％、去离子水：49.72％、过硫酸铵：0.1％、交联剂：0.17％、司盘-60：0.01％。

性能检测

1.按照日本标准JIS K 7224-1996《高吸水性丙烯酸树脂的吸水速度试验方法》对上述实施例1-实施例3的在28℃时的吸水速度进行检测，检测结果参见表1。

表1：实施例1-3吸水速度检测结果

2.按照GBT 22905-2008和GBT 22875-2008中的方法对上述实施例1-3的粒径分布情况、吸水倍率及保盐水量进行检测。

1)粒径分布检测方法具体如下：

测试仪器包括：电子天平；筛网振动器，振幅1mm，频率1400r/min；筛网，网孔为45目和100目的标准筛；接收底盘及盖子；

测定步骤：将网筛叠放在筛网振动器上，底部防止阶段后底盘，将筛子按照100目至40目的顺序由上自下叠放，用250ml的玻璃烧杯称取100g试样，精确值0.01g。将试样倒入顶部的筛子，加盖并开动筛网振动器震动10min，然后将筛网小心取出，分别称量100目筛网、40目筛网及接收底盘上的实验的质量，测定过程避免空气流动；测定结果参见表2。

2)吸盐水倍数测定：

在1升的量杯中，倒入800mL的生理盐水；准确称取1±0.005g高分子,装入尼龙袋；将尼龙袋浸泡于生理盐水中，放入时将尼龙袋抖动10次，开口向上从底部浸泡约13cm(当多个尼龙袋同时浸泡时，注意相互之间不接触)；60min后将尼龙袋取出，开口向上垂直放置进行10min滴水，后称取此时总重W₁；用未加入样品的尼龙袋进行空白实验，称取尼龙袋湿重W₂。以上步骤进行3次，取平均值作 为测试结果，精确至一位小数。吸收倍数g/g＝(W₁-W₂)/S注：S：试样重；计算结果参见表2。

3)吸纯水倍数测定：

在1升的烧杯中，加入1000ml的去离子水(控制温度在28℃)；准确称取1.0g产品，加入水中，同时开始计时，60min后倒出到过滤网上，静置10min滴水，称取总重W₃，然后冲洗干净过滤网，称取湿重W₄；以上步骤重复进行3次，取平均值作为测试结果，精确至一位小数；去离子水吸收量＝(W₃-W₄)/S，注：S为试样重；计算结果参见表2。

4)保盐水量测定：

将完成吸收倍数测试后的装有吸水后高分子的尼龙袋，袋口折3次；放入离心脱水机中，以1600rpm脱水90s后,称其重量A；用未加入样品的尼龙袋进行空白实验，称取尼龙袋脱水后的重量；以上步骤进行3次，取平均值作为测试结果，精确至一位小数。保水量g/g＝(A-B)/S；注：A:尼龙袋的凝胶体重量；B:尼龙袋脱水后的重量；S:试样重；结果参见表2。

5)吸盐水速度

吸盐水速度:在100mL烧杯中，装入生理盐水50.0g(控制温度在28℃)；准确称取2.00g，一次性快速投入盐水中，同时用秒表开始计时，注意观测其吸收情况，以烧杯中盐水吸收完作为终点，记录其时间(s)；以上步骤进行3次，确认误差在5s内，取平均值作为测试结果；结果参见表2。

6)吸纯水速度

吸纯水速度：在100mL烧杯中，装入去离子水100.0g(控制温度在28℃)；准确称取1.00g，一次性快速投入其中，同时用秒表开始计时,注意观测烧杯中盐水吸收情况，以盐水吸收完作为终点，记录其时间(s)；以上步骤进行3次，确认 误差在5s内，取平均值作为测试结果；结果参见表2。

7)加压吸收量

称取约0.20g的SAP样品(记为S)，装入AAP杯中，尽量保证样品均匀分布；将砝码装入塑料圆筒中，然后称重(W₅)；把过滤盘置于培养皿中心处，加入适量0.9％wt生理盐水；将AAP杯成套器具放在过滤盘上，计时60min；吸水结束后，将AAP杯倾斜45°，从培养皿中取出；称重(W₆)；加压吸收量＝(W₆-W₅)/S，测试三个样品的平均值；结果参见表2。

8)吸纯水倍数

在1升的烧杯中，加入1000ml的去离子水(控制温度在28℃)；准确称取1.0g产品，加入水中，同时开始计时，60min后倒出到过滤网上，静置10min滴水，称取总重W₇，然后冲洗干净过滤网，称取湿重W₈；以上步骤重复进行3次，取平均值作为测试结果，精确至一位小数；去离子水吸收量＝(W₇-W₈)/S注：试样重；结果参见表2。

表2

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范 围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。