本發(fā)明涉及高分子材料技術領域，具體涉及一種高吸水性丙烯酸樹脂的制備方法。

背景技術：

高吸水性樹脂是一種新型的高分子材料，它能夠吸收自身重量幾百倍至千倍的水分，無毒、無害、無污染；吸水能力特強，保水能力特高，所吸水分不能被簡單的物理方法擠出，并且可反復釋水、吸水。高吸水性樹脂除了吸水，還能吸收肥料、農(nóng)藥，并緩慢的釋放出來以增加肥效和藥效。高吸水性樹脂以其優(yōu)越的性能，廣泛用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、城市園林綠化、抗旱保水、防沙治沙，并發(fā)揮巨大的作用。此外，高吸水性樹脂還可應用于醫(yī)療衛(wèi)生、石油開采、建筑材料、交通運輸?shù)仍S多領域。在醫(yī)療衛(wèi)生領域中，高吸水性樹脂主要是作為紙尿褲(片)、生理用衛(wèi)生巾等吸收性衛(wèi)生用品。吸水性樹脂的種類很多，其中，使用丙烯酸和/或其鹽作為單體的聚丙烯酸(鹽)型高吸水性樹脂由于其吸水性能高、生產(chǎn)工藝相對簡單、原材料價格相對便宜而且容易得到、生產(chǎn)過程污染較小，使用最為廣泛。

目前，制備丙烯酸型高吸水性樹脂的方法主要是目前生產(chǎn)高吸水性樹脂主要有反相懸浮聚合和水溶液聚合兩種技術，其中水溶液聚合技術以其工藝相對簡單、生產(chǎn)過程環(huán)保無污染等諸多優(yōu)勢占據(jù)高吸水性樹脂市場的90％以上，但水溶液聚合技術的普遍缺點是吸水速度較慢，導致制成品在使用初期由于體液(尿液或經(jīng)血)沒有及時地被吸收，從而造成舒適度不佳。為了提高吸收速度，有些就 把顆粒磨粉更細，通過增加比表面積的方法來提高速度，不過這樣一來，在制成品的加工成型過程中很容易造成粉塵飛揚，一是造成物料損失，二是物料下料量不足，三是對工作環(huán)境和操作人員均有較大影響。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高吸水性丙烯酸樹脂的制備方法，通過水溶液聚合與表面活性劑結合，獲得一種高吸水性丙烯酸樹脂，提高吸水性丙烯酸樹脂的吸水效果、吸收速度以及保水率，并有效地提高聚合后凝膠的潤滑性和加工性能。

為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種高吸水性聚丙烯酸樹脂的制備方法，其是以丙烯酸、水溶性丙烯酸鹽或水溶性丙烯酸衍生物作為聚合單體，通過水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸樹脂；具體步驟如下：

1)將堿性物質(zhì)溶于去離子水后緩慢地加入丙烯酸單體溶液中，在攪拌狀態(tài)下進行中和反應，控制反應溫度≤30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分別加入表面活性劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，攪拌均勻后轉放到帶式聚合機上，開始聚合反應，反應后得到塊狀彈性凝膠；

3)將步驟2)的塊狀彈性凝膠切粒后轉入到帶式烘干機中進行干燥；得到烘干顆粒；

4)步驟3)得到的烘干顆粒料送進磨粉機進行磨粉后根據(jù)顆粒大小要求進行篩分；

5)經(jīng)步驟4)篩分后的吸水性樹脂顆粒轉入到混料機中，按照吸水性樹脂與表面交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100:4-5的比例噴加進行表面交聯(lián)反應，溫度控制在為 100～180℃，時間控制為0.5～3小時，處理完畢后出料冷卻即可進行混合包裝。

具體的，上述方案中，所述聚合單體與氫氧化鈉、去離子水、引發(fā)劑、表面活性劑的用量以質(zhì)量百分數(shù)計分別為：聚合單體25-50％、堿性物質(zhì)8-25％、去離子水35-60％、引發(fā)劑0.1-0.8％、交聯(lián)劑0.17-1.5％，表面活性劑0.01-0.1％。

具體地，本發(fā)明中所指出的丙烯酸鹽為丙烯酸鈉或丙烯酸鉀。所述堿性物質(zhì)為氨水或氫氧化鈉。

具體地，本發(fā)明所采用的引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、亞硫酸鈉中的一種或兩種以上混合。

具體地，本發(fā)明中所涉及的表面活性劑為所述表面活性劑為司盤-20或司盤-60。在聚合反應中表面活性劑不參與聚合反應，不影響產(chǎn)品性能，而且聚合后的凝膠中因為包含有一定量的表面活性劑，從而能夠有效地提高聚合后凝膠的潤滑性，易于切碎、造粒，不易粘黏設備，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)。

上述方案中，步驟5)進行表面交聯(lián)處理時，吸水性樹脂與表面交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100:4.1。優(yōu)選的溫度控制為145-155℃，反應時間控制為0.8-1.5小時。

上述方案中，步驟5)所述的表面交聯(lián)劑為多元醇化合物、衍生于分子量為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羥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。具體可列舉出的例如單乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇或聚乙二醇、單丙二醇、1,3-丙二醇、一縮二丙二醇、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-環(huán)己烷二甲醇等多元醇化合物；乙二醇二縮水甘油醚、縮水甘油等的環(huán)氧化合物；酰胺交聯(lián)劑如N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、聚丙烯酰胺。在一些實施例中，所述交聯(lián)劑為甘油、N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯(平均分子 量523)中的一種或幾種。其中，優(yōu)選的方案中，采用的表面交聯(lián)劑為20wt％的N-羥甲基丙烯酰胺溶液。

在本發(fā)明的制備方法中，步驟3)中用密閉帶式恒溫烘干機干燥的溫度為130-155℃。

通過本發(fā)明的制備方法所獲得的高吸水性聚丙烯酸樹脂為致密多孔結構，增大了樹脂的表面積，從而進一步提高樹脂的吸水量和吸收速度。

在本發(fā)明的制備方法中，高吸水性丙烯酸樹脂的烘干過程也是提高其吸水率和吸水速度的重要步驟，采用普通的烘干方式，溫度過高會導致產(chǎn)品內(nèi)部結構遭到破壞；溫度太低，會導致干燥時間過長或干燥不徹底，也會影響產(chǎn)品的吸水效果。因此，在本發(fā)明中采用帶式烘干機對產(chǎn)品進行干燥。

具體地所述密閉帶式恒溫烘干機，包括機座、烘干機構、驅(qū)動裝置以及控制開關；所述烘干機構位于機座上，其包括機箱和雙層傳送網(wǎng)帶；

所述機箱內(nèi)為干燥室，機箱的一端設置用于將物料送入到傳送網(wǎng)帶的料斗；

所述雙層傳送網(wǎng)帶位于干燥室內(nèi)，包括相互平行的上傳送網(wǎng)帶和下傳送網(wǎng)帶，上、下傳送網(wǎng)帶的運動方向與機箱長度方向一致，上傳送網(wǎng)帶和下傳送網(wǎng)帶內(nèi)均設置有紅外線輻射器，在上傳送網(wǎng)帶與下傳送網(wǎng)帶之間設置有與兩者平行的傳熱隔板；上述料斗位于上傳送網(wǎng)帶一端的上方，上傳送網(wǎng)帶遠離料斗一端的下方設置有轉料斗，轉料斗銜接上、下傳送網(wǎng)帶，將上傳送網(wǎng)帶上干燥的產(chǎn)品轉入到下傳送網(wǎng)帶上；

所述機座內(nèi)設置有產(chǎn)品收集箱，在下傳送網(wǎng)帶遠離轉料斗的一端下方的機座上開設有出料口，出料口位于產(chǎn)品收集箱的上方，在下層傳送網(wǎng)帶上干燥后的產(chǎn)品經(jīng)出料口進入產(chǎn)品收集箱；

所述驅(qū)動裝置為上傳送網(wǎng)帶、下傳送網(wǎng)帶及紅外線輻射器提供動力，所述 控制開關與驅(qū)動裝置電連接，控制開關控制上傳送網(wǎng)帶、下傳送網(wǎng)帶及紅外線輻射器工作。

作為優(yōu)選的方案，所述傳熱隔板上開設有方形通孔，方形通孔上設置有一對蓋板，一對蓋板的下端分別固定在方形通孔兩相對邊上，上端相互抵持以在以對蓋板的兩端面形成相通的開口。該傳熱隔板，既能隔離上下傳送網(wǎng)帶上產(chǎn)品，防止上傳送網(wǎng)帶上的產(chǎn)品混入到下傳送網(wǎng)帶中而導致干燥不均勻、不徹底。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.通過本發(fā)明的方法制備的高吸水性丙烯酸樹脂一方面能夠有效地提高聚合后凝膠的潤滑性，易于切碎、造粒，不易粘黏設備，有利于工業(yè)化大生產(chǎn)；另一方面有效增大產(chǎn)品的比表面積，達到提高產(chǎn)品吸水率及吸水速率的目的；

2.通過本發(fā)明的方法所獲得的高吸水性丙烯酸樹脂可以應用于吸水或吸血產(chǎn)品，尤其是與醫(yī)療衛(wèi)生相關的產(chǎn)品中，如成人或嬰兒用紙尿褲，或者是女性用衛(wèi)生巾、衛(wèi)生棉，衛(wèi)生護墊等產(chǎn)品中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所采用的帶式烘干機結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中所采用的帶式烘干機內(nèi)部結構示意圖；

其中的附圖標記分別是：10、機座；11、出料口；12、產(chǎn)品收集箱；20、機箱；21、上傳送網(wǎng)帶；22、下傳送網(wǎng)帶；23、傳熱隔板；24、方形通孔；25、蓋板；26、轉料斗；27、紅外線輻射器。

具體實施方式

下面結合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

在下述實施例中，所采用的帶式烘干機的具體結構如下：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的雙層帶式烘干機，包括機座10、烘干機構、驅(qū)動裝置以及控制開關；所述烘干機構位于機座上，其包括機箱和雙層傳送網(wǎng)帶；所述機箱20內(nèi)為干燥室，機箱20的一端設置用于將物料送入到傳送網(wǎng)帶的料斗(圖未示)；所述雙層傳送網(wǎng)帶位于干燥室內(nèi)，包括相互平行的上傳送網(wǎng)帶21和下傳送網(wǎng)帶22，上、下傳送網(wǎng)帶的運動方向與機箱20長度方向一致，上傳送網(wǎng)帶21和下傳送網(wǎng)帶22內(nèi)均設置有紅外線輻射器25，在上傳送網(wǎng)帶21與下傳送網(wǎng)帶22之間設置有與兩者平行的傳熱隔板23；上述料斗位于上傳送網(wǎng)帶21一端的上方，上傳送網(wǎng)帶21遠離料斗一端的下方設置有轉料斗26，轉料斗26銜接上、下傳送網(wǎng)帶，將上傳送網(wǎng)帶21上干燥的產(chǎn)品轉入到下傳送網(wǎng)帶22上；在本發(fā)明中，采用紅外干燥，能夠避免干燥過程中的水汽冷凝回流導致的干燥不徹底，所述機座內(nèi)設置有產(chǎn)品收集箱12，在下傳送網(wǎng)帶遠離轉料斗的一端下方的機座上開設有出料口11，出料口11位于產(chǎn)品收集箱12的上方，在下層傳送網(wǎng)帶22上干燥后的產(chǎn)品經(jīng)出料口進入產(chǎn)品收集箱；所述驅(qū)動裝置(圖未示)為上傳送網(wǎng)帶21、下傳送網(wǎng)帶22及紅外線輻射器27提供動力，所述控制開關(圖未示)與驅(qū)動裝置電連接，控制開關控制上傳送網(wǎng)帶21、下傳送網(wǎng)帶22及紅外線輻射器27工作；所述傳熱隔板上開設有方形通孔24，方形通孔24上設置有一對蓋板25，一對蓋板25的下端分別固定在方形通孔24兩相對邊上，上端相互抵持以在以對蓋板25的兩端面形成相通的開口。

一種高吸水性聚丙烯酸樹脂的制備方法，其是以丙烯酸、水溶性丙烯酸鹽或水溶性丙烯酸衍生物作為聚合單體，通過水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸樹脂；具體步驟如下：

1)將堿性物質(zhì)溶于去離子水后緩慢地加入丙烯酸單體溶液中，在攪拌狀 態(tài)下進行中和反應，控制反應溫度≤30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分別加入表面活性劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，攪拌均勻后轉放到帶式聚合機上，開始聚合反應，反應后得到塊狀彈性凝膠；

3)將步驟2)的塊狀彈性凝膠切粒后轉入到帶式烘干機中進行干燥；得到烘干顆粒；

4)步驟3)得到的烘干顆粒料送進磨粉機進行磨粉后根據(jù)顆粒大小要求進行篩分；

5)經(jīng)步驟4)篩分后的吸水性樹脂顆粒轉入到混料機中，按照吸水性樹脂與表面交聯(lián)劑的質(zhì)量比為100:4-5的比例噴加進行表面交聯(lián)反應，溫度控制在為100～180℃，時間控制為0.5～3小時，處理完畢后出料冷卻即可進行混合包裝。較佳的溫度控制在150℃左右，具體為145-155℃。

實施例1

一種高吸水性聚丙烯酸樹脂的制備方法，其是以丙烯酸為聚合單體，在表面活性劑與引發(fā)劑的作用下通過水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸樹脂；具體步驟如下：

1)將堿性物質(zhì)溶于去離子水后緩慢地加入丙烯酸單體溶液中，在攪拌狀態(tài)下進行中和反應，控制反應溫度30℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分別加入表面活性劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，攪拌均勻后轉放到帶式聚合機上，在85℃溫度下恒溫聚合，反應后得到塊狀彈性凝膠；

3)將步驟2)的塊狀彈性凝膠造粒后轉入到密閉帶式恒溫烘干機中于130℃進行干燥；得到烘干顆粒；

4)步驟3)得到的烘干顆粒料送進磨粉機進行磨粉后根據(jù)顆粒大小要求進行篩分；

5)經(jīng)步驟4)篩分后的吸水性樹脂顆粒轉入到混料機中，按照吸水性樹脂與濃度為20％wt的N-羥甲基丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量比為100:4的比例噴加進行表面交聯(lián)反應，溫度控制在為100℃，時間控制為3小時，處理完畢后出料冷卻即可進行混合包裝；

其中，以質(zhì)量百分數(shù)計丙烯酸：25％、氫氧化鈉：15％、去離子水：59.6％、過硫酸鉀：0.1％、交聯(lián)劑：0.2％、司盤-20：0.1％。

實施例2

一種高吸水性聚丙烯酸樹脂的制備方法，其是以丙烯酸鈉為聚合單體，在表面活性劑與引發(fā)劑的作用下通過水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸樹脂；具體步驟如下：

1)將堿性物質(zhì)溶于去離子水后緩慢地加入丙烯酸單體溶液中，在攪拌狀態(tài)下進行中和反應，控制反應溫度28℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分別加入表面活性劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，攪拌均勻后轉放到帶式聚合機上，在90℃溫度下恒溫聚合反應5小時反應后得到塊狀彈性凝膠；

3)將步驟2)的塊狀彈性凝膠切粒后轉入到密閉帶式恒溫烘干機中于135℃進行干燥；得到烘干顆粒；

4)步驟3)得到的烘干顆粒料送進磨粉機進行磨粉后根據(jù)顆粒大小要求進行篩分；

5)經(jīng)步驟4)篩分后的吸水性樹脂顆粒轉入到混料機中，按照吸水性樹脂與濃度為20％wt的N-羥甲基丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量比為100:4.1的比例噴加進行表面交聯(lián)反應，溫度控制在為150℃，時間控制為1小時，處理完畢后出料冷卻即可進行混合包裝；

其中，以質(zhì)量百分數(shù)計丙烯酸鈉：50％、氨水：10％、去離子水：37.6％、亞硫酸鈉：0.8％、交聯(lián)劑：1.5％司盤-20：0.1％。

實施例3

一種高吸水性聚丙烯酸樹脂的制備方法，其是以丙烯酸為聚合單體，在表面活性劑與引發(fā)劑的作用下通過水溶液聚合得到高吸水性聚丙烯酸樹脂；具體步驟如下：

1)將堿性物質(zhì)溶于去離子水后緩慢地加入丙烯酸單體溶液中，在攪拌狀態(tài)下進行中和反應，控制反應溫度25℃，得到中和液；

2)在上述中和液中分別加入表面活性劑、引發(fā)劑和交聯(lián)劑，攪拌均勻后轉放到帶式聚合機上，在100℃溫度下恒溫聚合反應3小時反應后得到塊狀彈性凝膠；

3)將步驟2)的塊狀彈性凝膠切粒后轉入到密閉帶式恒溫烘干機中于155℃進行干燥；得到烘干顆粒；

4)步驟3)得到的烘干顆粒料送進磨粉機進行磨粉后根據(jù)顆粒大小要求進行篩分；

5)經(jīng)步驟4)篩分后的吸水性樹脂顆粒轉入到混料機中，按照吸水性樹脂與濃度為20％wt的N-羥甲基丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量比為100:5的比例噴加進行表面交聯(lián)反應，溫度控制在為180℃，時間控制為0.5小時，處理完畢后出料冷卻即可進行混合包裝；

其中，以質(zhì)量百分數(shù)計丙烯酸：30％、氫氧化鈉：20％、去離子水：49.72％、過硫酸銨：0.1％、交聯(lián)劑：0.17％、司盤-60：0.01％。

性能檢測

1.按照日本標準JIS K 7224-1996《高吸水性丙烯酸樹脂的吸水速度試驗方法》對上述實施例1-實施例3的在28℃時的吸水速度進行檢測，檢測結果參見表1。

表1：實施例1-3吸水速度檢測結果

2.按照GBT 22905-2008和GBT 22875-2008中的方法對上述實施例1-3的粒徑分布情況、吸水倍率及保鹽水量進行檢測。

1)粒徑分布檢測方法具體如下：

測試儀器包括：電子天平；篩網(wǎng)振動器，振幅1mm，頻率1400r/min；篩網(wǎng)，網(wǎng)孔為45目和100目的標準篩；接收底盤及蓋子；

測定步驟：將網(wǎng)篩疊放在篩網(wǎng)振動器上，底部防止階段后底盤，將篩子按照100目至40目的順序由上自下疊放，用250ml的玻璃燒杯稱取100g試樣，精確值0.01g。將試樣倒入頂部的篩子，加蓋并開動篩網(wǎng)振動器震動10min，然后將篩網(wǎng)小心取出，分別稱量100目篩網(wǎng)、40目篩網(wǎng)及接收底盤上的實驗的質(zhì)量，測定過程避免空氣流動；測定結果參見表2。

2)吸鹽水倍數(shù)測定：

在1升的量杯中，倒入800mL的生理鹽水；準確稱取1±0.005g高分子,裝入尼龍袋；將尼龍袋浸泡于生理鹽水中，放入時將尼龍袋抖動10次，開口向上從底部浸泡約13cm(當多個尼龍袋同時浸泡時，注意相互之間不接觸)；60min后將尼龍袋取出，開口向上垂直放置進行10min滴水，后稱取此時總重W₁；用未加入樣品的尼龍袋進行空白實驗，稱取尼龍袋濕重W₂。以上步驟進行3次，取平均值作 為測試結果，精確至一位小數(shù)。吸收倍數(shù)g/g＝(W₁-W₂)/S注：S：試樣重；計算結果參見表2。

3)吸純水倍數(shù)測定：

在1升的燒杯中，加入1000ml的去離子水(控制溫度在28℃)；準確稱取1.0g產(chǎn)品，加入水中，同時開始計時，60min后倒出到過濾網(wǎng)上，靜置10min滴水，稱取總重W₃，然后沖洗干凈過濾網(wǎng)，稱取濕重W₄；以上步驟重復進行3次，取平均值作為測試結果，精確至一位小數(shù)；去離子水吸收量＝(W₃-W₄)/S，注：S為試樣重；計算結果參見表2。

4)保鹽水量測定：

將完成吸收倍數(shù)測試后的裝有吸水后高分子的尼龍袋，袋口折3次；放入離心脫水機中，以1600rpm脫水90s后,稱其重量A；用未加入樣品的尼龍袋進行空白實驗，稱取尼龍袋脫水后的重量；以上步驟進行3次，取平均值作為測試結果，精確至一位小數(shù)。保水量g/g＝(A-B)/S；注：A:尼龍袋的凝膠體重量；B:尼龍袋脫水后的重量；S:試樣重；結果參見表2。

5)吸鹽水速度

吸鹽水速度:在100mL燒杯中，裝入生理鹽水50.0g(控制溫度在28℃)；準確稱取2.00g，一次性快速投入鹽水中，同時用秒表開始計時，注意觀測其吸收情況，以燒杯中鹽水吸收完作為終點，記錄其時間(s)；以上步驟進行3次，確認誤差在5s內(nèi)，取平均值作為測試結果；結果參見表2。

6)吸純水速度

吸純水速度：在100mL燒杯中，裝入去離子水100.0g(控制溫度在28℃)；準確稱取1.00g，一次性快速投入其中，同時用秒表開始計時,注意觀測燒杯中鹽水吸收情況，以鹽水吸收完作為終點，記錄其時間(s)；以上步驟進行3次，確認 誤差在5s內(nèi)，取平均值作為測試結果；結果參見表2。

7)加壓吸收量

稱取約0.20g的SAP樣品(記為S)，裝入AAP杯中，盡量保證樣品均勻分布；將砝碼裝入塑料圓筒中，然后稱重(W₅)；把過濾盤置于培養(yǎng)皿中心處，加入適量0.9％wt生理鹽水；將AAP杯成套器具放在過濾盤上，計時60min；吸水結束后，將AAP杯傾斜45°，從培養(yǎng)皿中取出；稱重(W₆)；加壓吸收量＝(W₆-W₅)/S，測試三個樣品的平均值；結果參見表2。

8)吸純水倍數(shù)

在1升的燒杯中，加入1000ml的去離子水(控制溫度在28℃)；準確稱取1.0g產(chǎn)品，加入水中，同時開始計時，60min后倒出到過濾網(wǎng)上，靜置10min滴水，稱取總重W₇，然后沖洗干凈過濾網(wǎng)，稱取濕重W₈；以上步驟重復進行3次，取平均值作為測試結果，精確至一位小數(shù)；去離子水吸收量＝(W₇-W₈)/S注：試樣重；結果參見表2。

表2

上述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不能以此來限定本發(fā)明保護的范 圍，本領域的技術人員在本發(fā)明的基礎上所做的任何非實質(zhì)性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。