自制高吸水性树脂对棘球蚴囊液吸水性能的测试＊

张 静，孔 璟，叶 彬，邹晓毅，武卫华

2.重庆医科大学病原生物学教研室，重庆 400016

高吸水性树脂（Super Absorbent Resin，简称SAR），又称为超强吸水高分子材料（Super Absorbent Polymer，简称SAP），是一种含有大量强亲水性化学基团、并具有一定交联度的功能高分子材料，吸水量高，能吸收自身重量数百倍甚至上千倍（最高可以达到5 300倍）的水；其次保水性好，且吸水膨润后生成的凝胶在加压条件下不易将水析出；对光和热的稳定性好，增稠性好（吸水后呈凝胶状）。SAR被广泛地应用于生理卫生用品（如婴儿纸尿片、成人大小便失禁用品、妇女卫生巾等）、农业园艺土壤改良材料及土木建筑改良材料等方面，并越来越受到人们的关注，也是应用研究较为成熟的一个领域［1］。除此之外，SAR还用于医用敷料和药物制剂基质材料、医用保冷和储热材料、医用吸血与吸液材料、软接触透镜、人体埋入材料，如可用于制造人工玻璃体、人工角膜、人工皮肤、人工血管、人工肝脏、人工肾脏等人体器官［2］。

去离子水或蒸馏水是评价高分子树脂吸水性能的常用液体，而有关生理盐水、无水酒精及棘球蚴囊液与高分子树脂的关系鲜见报道；本研究拟试用对人体无毒性的降解型的淀粉丙烯酸接枝聚合物［3］，利用其吸水性质，来探讨SAR对上述几种不同性质液体的吸液能力。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器 玉米淀粉，市售（干燥贮存）；丙烯酸（AA），工业级，西安化学试剂厂；过硫酸铵，化学纯，西安化学试剂厂；氢氧化钠（NaOH），化学纯，天津开发区海光化学制药厂；N，N－亚甲基双丙烯酰胺，化学纯，北京化学试剂公司；无水乙醇，分析纯，西安福晨化学试剂有限公司；去离子水；生理盐水；棘球蚴囊液，无菌采集羊肝棘球蚴的新鲜囊液，1 500 r/min离心5 min，吸上清，4℃保存备用。电动搅拌器、三口烧瓶、电子恒温水浴箱、真空干燥箱、粉碎机、不同孔径分样筛数个、电子天平等。

1.2 高吸水性树脂的制备［4］在玉米淀粉中加入适量的蒸馏水，搅拌成悬浮液，于80℃搅拌糊化l h后冷却至45℃ ，再加入适量的过硫酸铵，恒温搅拌10 min，待用；将丙烯酸用30%NaOH溶液中和（控制中和度为80%），待中和液降至室温时，加人N，N－亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后倒人糊化淀粉中，于60℃搅拌反应2 h，使其充分混合均匀；聚合产物用无水乙醇洗涤2～3次，在120℃～140℃烘箱中烘干至恒重、粉碎、不同目径钢丝筛过筛后，得到不同粒径（80～120目、120～140目、140～160目、160～180目）（根据国际粉体颗粒筛目粒径对照表，120目略为125微米，180目略为80微米，其余略）的浅黄色结晶状高吸水性树脂颗粒。

1.3 性能测试

1.3.1 吸水倍率及吸液速率测试 环境温度25℃，准确称取干燥后的样品1 g于烧杯中，加人足量的去离子水，放置一定时间后，采用筛网过滤法［5］，用100目标准钢丝筛过滤至无水滴滴下，称重并记录质量，计算不同条件下SAP的吸水倍率。

吸水倍率＝（吸水后树脂质量—干树脂质量）/干树脂质量

1.3.1.1 在同一温度下不同粒径颗粒的吸水倍率测试 测试条件为：环境温度25℃，高吸水性树脂颗粒大小分别为80～120目、120～140目、140～160目、160～180目。

1.3.1.2 同一粒径颗粒在不同温度下的吸水倍率测试 测试条件为：高吸水性树脂颗粒大小160～180目，测试SAP在37℃、25℃、20℃条件下对去离子水的吸水倍率。

1.3.2 在不同温度下SAP（不同粒径颗粒）的保水率测试 测试条件为：溶液种类为去离子水，高吸水性树脂颗粒大小160～180目，测试SAP在37℃、25℃、20℃条件下的保水能力。

方法：称取一定量充分吸水的树脂凝胶，放入恒温烘箱中，测定不同时间内树脂凝胶的质量。B＝（m1/m2）×100%，式中：B——树脂的保水率（%）；m1——定时脱水后的树脂凝胶质量（g）；m2——吸水饱和的树脂凝胶质量（g）.

1.3.3 同一温度下同一粒径颗粒在不同溶液中的吸液倍率比较 测试条件为：高吸水性树脂颗粒大小160～180目，环境温度25℃，溶液种类分别为去离子水、生理盐水、无水乙醇、棘球蚴囊液（从疫区屠宰场收集感染棘球蚴的羊肝，抽取囊液，离心后取上清置于4℃冰箱待用）。

1.4 光镜观察室温下吸水后的凝胶颗粒的结构特点 颗粒大小：160～180目0.01 g，0.5 mm×0.5 mm×0.5 mm颗粒1颗。

2 结 果

2.1 不同粒径颗粒对吸液倍率的影响（T：25℃，去离子水），见图1。

图1 高吸水性树脂粒径对瞬时吸液倍率的影响Fig.1 Effect of particle size of super water absorption resin on the instantaneous absorption ratio

本实验制备的高吸水性树脂具有较强的吸水能力，对去离子水最高可达到700倍的吸水倍率；同时我们观察到吸水倍率与树脂颗粒大小有一定的关系，颗粒越小，其吸水速率越快，4～8 min即可达到吸水高峰，但保水效果稍差，大小在140～180目颗粒最高吸水率差别无统计学意义；大于120目的颗粒在加水后约16 min方可达到吸水高峰，大小在80～140目的颗粒其吸水倍率及速率几无差别，说明颗粒越大，其吸水速率越慢，但保水效果较好。

2.2 不同温度下同一颗粒的吸水性能（图2）

图2 环境温度对SPA吸水率的影响（颗粒粒径160～180目）Fig.2 Relation between the instantaneous absorption ratio of water absorption resin and temperature（particle size of SAP：160－180 screen opening）

在非密闭空间，室温越高，水分子运动加快，水分越容易蒸发，结合在凝胶内的水分子容易逸出，会出现吸水率快速下降；室温越低，水分子运动较慢，结合水不易逸出，如果在密闭空间中，保水率下降可能不大。故温度变化对吸水率影响不大，主要影响保水率。

2.3 高吸水性树脂在不同溶液中的吸水倍率（图3）。

图3 溶液性质对SAP吸水率的影响（颗粒粒径160～180目）Fig.3 The effect ratio of water absorption resin to different fluids on the instantaneous absorption speed（particle size of SAP：160－180 screen opening）

SAP在蒸馏水中吸水率最高，达700倍以上，无水酒精中几乎无吸水能力，在棘球蚴囊液中有一定的吸水能力，最高达200～300倍。

2.4 不同温度下SAP保水率与时间的关系（图4）

图4 环境温度对SAP保水率的影响（颗粒粒径160～180目）Fig.4 The effect ratio of water preserving capability of resin to different fluid on the instantaneous absorption speed（particle size of SAP：160－180 screen opening）

在最初8 h内，3种环境温度条件下，树脂颗粒保水率为90%～100%，18 h后开始降低，在24 h内，SAP颗粒失水率变化不大，环境温度对其影响较小，说明高吸水性树脂可充分发挥吸水保水性能。

2.5 凝胶颗粒的结构特征 参照相关文献制备高吸水性树脂，经粉碎得到不同粒径（0.5 mm、大于80目、80～100目、100～120目、120～140目、140～160目、160～180目、小于180目）的浅黄色结晶状高吸水性树脂颗粒。图5和图6为0.5 mm、160～180目颗粒吸水达到饱和时形成的凝胶，具有明显的网格状结构。

3 讨 论

本实验采用水溶液聚合法在淀粉分子链上引入丙烯酸、甲叉双丙烯酰胺制备高吸水性树脂，以提高其吸水速率和吸水率［6－7］。研究了树脂颗粒和环境温度大小对吸水倍率、吸水速率及保水性能的影响，同时研究了树脂颗粒对各种不同性质溶液的吸水性能。由实验结果可知，本实验室制备的树脂颗粒在最佳工艺条件下制备的树脂，其吸水性能最佳，吸水率可达到700 g/g，吸水膨胀后可在光镜下明显观察到呈扩张状态的网格状结构，揭示树脂的交联结构在本实验条件下能够形成，且能容纳大量的水分子，说明80%的中和度，45℃～60℃的反应条件，反应2 h可形成吸水率较高的树脂颗粒［8］。各影响因素对产物的吸水率都有重要影响。颗粒越小，达到吸水饱和时间越快，颗粒越大所需时间越长；但就保水性能来讲，颗粒越大其保水作用越强。可能的原因是树脂被粉碎后，其原先形成的交联结构［9］被切断，因此，颗粒小的树脂大部分暴露于水分子之间，很快就吸水达到饱和，但在一定温度下放置一定时间，水分子很快释放；而颗粒大的树脂外层交联结构首先与水分子接触，水分子迅速充满其网格结构，而此时内层树脂仍处于压缩状态，待外层饱和后，内层树脂才开始吸水，所以其吸水达到饱和的时间较长，由此其保水性能更强，其在一定温度下，其失水顺序先外层后内层，逐步失水，最后回复吸水前状态。溶液的性质尤其是离子对树脂颗粒吸水性影响较大，对去离子水有非常强的吸水能力，但对0.9%生理盐水吸水能力较差，对无水酒精几无吸水能力；本实验同时检测了一种特殊的液体——棘球蚴囊液［10］，共来源于包虫病患者或患畜体内脏器中的棘球蚴，而棘球蚴为一囊状结构，常侵犯肝、肺等器官［11］，囊内液体主要由碳水化合物、蛋白质、酶类以及水等组成，本实验发现高吸水性树脂对其有一定的吸水能力，约为200～300倍，高于在生理盐水中的吸液能力。

玉米淀粉原料丰富、价格低廉且安全卫生，由其制取的吸水树脂具有良好的生物降解性和环境友好性［2］，并且生产工艺简单，已被广泛应用于医疗卫生领域，在不远的将来，高吸水性树脂的应用和功能开发有待拓宽，它不仅是某些人体器官（如人工玻璃体）的替代品，也可能成为治疗或协助治疗某些疾病的生物制品。

［1］Athawate AD，Lele V.Recent trends in hydrogels based on starch－graft－acrylic acid：a review［J］.Starch Starke，2001，53（1）：7－13.

［2］许晓秋，刘廷栋.高吸水性树脂的工艺与配方［M］.北京：化学工业出版社，2006：1－339.

［3］刘晓洪，曾莹.淀粉接枝类高吸水性树脂的生物降解性与毒性研究［J］.精细石油化工，2003，20（6）：25－26.

［4］王漓江，刘治梅，黄明东，等.淀粉基可降解性高吸水性树脂的制备［J］.辽东学院学报（自然科学版），2009，16（4）：287－289.

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［7］Vilas D Athawale.Recent Trends in Hydrogels Based on Srarchgraft—Acry Acid：A Review［J］.Starch/Starke，2001，53：7－13.

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［9］党婧，王汝敏，王小建，等.玉米淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂的制备及性能研究［J］.中国胶粘剂，2009，18（4）：45－48.

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