不同性能高吸水性树脂在应用领域的研究

朱富军 王翔

（江苏省连云港市江苏斯尔邦石化有限公司 江苏连云港 222000）

不同性能高吸水性树脂在应用领域的研究

朱富军 王翔

（江苏省连云港市江苏斯尔邦石化有限公司 江苏连云港 222000）

主要介绍了高吸水树脂目前的发展现状，阐述了高吸水性树脂的制备工艺及吸水原理，概述了国内高吸水性树脂的常用性能评价方法。结合国内高吸水性树脂的应用现状分析了不同应用领域对高吸水性树脂性能的需求，并指出了未来高吸水性树脂的发展趋势。

高吸水性树脂；性能评价指标；应用领域

1 引言

高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer：SAP）是继棉花、海绵等传统吸水性材料之后的新一代吸水性功能高分子材料。相对于传统吸水材料，SAP的吸收量能够达到自身重量成百上千倍，并且在吸水后具有较好的保水性能，加压条件下也能实现较高的吸收量，这均得益于其含有大量亲水性基团的三维网状弹性结构特性。近年来SAP得到了高速发展，国内SAP生产装置的数量及产能均在逐步扩大。但是能否生产出满足实际应用需要的SAP将决定着一个企业未来的发展，因此，对SAP在应用领域的研究具有十分重要的现实意义。

2 SAP概述

2.1 SAP的制备工艺

SAP的制备工艺主要包括水溶液聚合工艺、反相悬浮聚合工艺、反相乳液聚合工艺以及辐射聚合工艺，目前水溶液聚合工艺和反相悬浮聚合工艺已在工业化方面得到了较为成熟的应用。对于水溶液聚合工艺，其具有工艺相对简单、成本较低、聚合体系中各反应助剂分散均匀，有利于反应的控制等特点，多采用带式反应器和釜式反应器，但是该工艺反应过程中热量不易传导、反应产物为块状凝胶，后期需凝胶粉碎工序；对于反相悬浮聚合工艺，其具有体系粘度低、反应热易于传导、聚合相对稳定、分子量分布较为集中、反应产物颗粒均匀易控等特点，但是由于工艺中涉及大量有机溶剂、危险程度高，因此对生产设备的技术要求较高，投资成本较大。

2.2 SAP的吸水原理

SAP的吸水过程建立在其交联形成的空间三维网络结构基础上，通过物理吸附和化学吸附的共同作用实现吸水能力，并最终达到溶胀平衡。Flory公式可以对SAP溶胀平衡时的最大吸水能力进行定量表示：

式中：Q 为吸水倍率；Ve/Vo为交联密度；（0.5-X1）/V1为对水的亲和力；i/Vu为固定在树脂上的电荷密度；S为外部溶液电解质的离子强度。其中分子第一部分代表渗透压，即物理吸附；第二部分代表对水的亲和力，即化学吸附；分母为交联密度。因此，SAP的吸水能力是受电解质浓度、树脂亲水性强弱以及交联密度等共同作用的影响。

根据Flory理论，SAP颗粒的交联密度增大会凝胶强度增加，提高加压吸收率以及通液性，但是同时SAP吸保水量会降低，SAP的保水性能与通液性的关系如图1所示。这是典型的“鱼（保水）”与“熊掌（加压吸收、通液性）”不可兼得。因此如何平衡这两者的关系就取决于SAP供应商的产品研发能力。

图1 SAP的保水性能与通液性的关系图

3 SAP的性能评价指标

3.1 吸收速度

测试方法通常采用漩涡消失法，即迅速地加入SAP样品到一个正在搅拌的已知体积的0.9%NaCl溶液中，SAP样品吸收盐溶液后开始形成凝胶。记录从加SAP开始到形成液体凝胶、搅拌产生的漩涡消失，最终凝胶表面变得平滑的时间。吸收速度的快慢直接影响着尿裤等最终产品的吸收速度，在保证整体性能不变的情况下，吸收速度越快越好。

3.2 饱和吸收倍率

测试方法通常采用茶袋法，即称量一定量试样，放于茶袋中。将茶袋放入液体中吸液30min后，悬挂10min沥去多余液体后称量计算，确定吸水倍率。其中用于测试的液体可为生理盐水、去离子水、纯净水以及自来水等。饱和吸收倍率反映着SAP的最大吸液能力，也间接影响着尿裤等最终产品的最大吸液能力。

3.3 离心保水量

通常采用茶袋法测定：即称量一定量试样，放于茶袋中。茶袋放入生理盐水中吸液30min后，取出放入离心脱水机，在250g离心力下离心3min沥去多余液体后称量计算，确定离心保水量。离心保水量反映了SAP在吸液饱和后受力情况下所能保存的最大液体量，间接影响着尿裤等最终产品保水能力。

3.4 加压吸收量

测试方法为：称重试样并将其分布在指定圆筒底部的过滤筛网上。对试样施加均匀的压力。接着将筒体置于充满生理盐水的培养皿中的滤板上。吸收1h后，取走滤板上的筒体并称重，计算加压吸收量。施加的压力多为0.3psi、0.7psi及0.9psi等。加压吸收量反映着SAP在受压情况下所能吸收的最大液体量，其大小决定着尿裤等最终产品在实际使用情况下的吸液能力。

3.5 短时间吸收倍率

测试方法与饱和吸收倍率一致，只是吸收时间缩短，通常多采用1min，主要用于测试SAP短时间的吸液能力。通常SAP的吸收速度越快，其短时间吸收倍率越高。短时间吸收倍率的大小直接决定着尿裤等最终产品的瞬间吸收能力。

3.6 通液速率

测试方法主要是将SAP吸收一定量生理盐水后膨胀形成凝胶层，在凝胶层施加一定压力，然后测试在受压情况下生理盐水透过此凝胶层的体积流速。通液速率反映了SAP对液体的导流作用，通液速率越小，SAP越易发生结团堵塞情况，决定着液体在尿裤等最终成品中的扩散快慢，扩散不好易导致发生侧漏现象，影响用户使用感受。

3.7 残存单体

测试方法为：用生理盐水将SAP内部的残存单体提取出来，然后通过高效液相色谱法进行测定，用外标法定量。SAP的残存单体含量通常要求小于500ppm。如果残存单体过高，会影响SAP在应用过程中用户的使用感受。残存单体过多会导致尿裤等最终成品吸液后的酸碱性强弱，影响用户使用感受，易导致红疹现象的发生。

3.8 粒度分布

测试方法为：利用一系列标准筛，将粒度大小不同的SAP分开，进行分别称重，然后计算出各级粒度SAP所占的质量百分数，即可得出SAP的粒度分布情况。通常不同应用领域对SAP粒度分布要求也不尽相同。

4 SAP的应用领域

4.1 婴儿纸尿裤

SAP消费总量的近3/4应用在了婴儿纸尿裤领域，并且这一用量在未来数年仍将会以超过年5%以上的速度持续平稳增长。随着婴儿纸尿裤不断发展，其吸水层结构已经从最初的SAP与绒毛浆混合制成的混棉结构发展成为由无纺布层、膨化纸层、SAP层等多层叠加搭配制成的“三明治”型芯体结构以及半混棉半芯体结构等。芯体结构一方面可以改善混棉型结构易断层等缺点，实现婴儿纸尿裤的超薄结构，另一方面又可以减少包装材料从而实现节约运输成本的目的，同时也降低了对设备投资的要求。未来婴儿纸尿裤的发展趋势还会继续向着更轻更薄方向发展。

对于混棉型婴儿纸尿裤，其对SAP的离心保水量、生理盐水饱和吸收量具有较高要求；而对于芯体型婴儿纸尿裤，其对SAP的吸收速度、短时间吸收倍率以及干爽性等有较高要求。

4.2 卫生巾

在我国，卫生巾的生产始于20世纪80年代初期，随后，卫生巾生产设备国产化程度逐渐提高，技术改造和设备更新的步伐加快，企业之间的竞争加剧。这种竞争不仅迎来了我国卫生巾产业的快速发展期，也使国产的卫生巾生产设备开始逐步完成了引进-吸收-追赶的发展，目前基本上已经达到了国际水平。

未来随着我国国民经济继续保持平稳较快增长，女性卫生用品将继续以高于世界平均水平的速度稳定增长，进而带到卫生巾用SAP产品需求量的增加。

对于卫生巾领域，通常高吸水树脂具有吸收速度快、短时间生理盐水和血液饱和吸收倍率高等特点，同时对SAP颗粒的粒度分布有一定要求，平均粒子径一般在200μm左右，较大颗粒会影响卫生巾表面的柔软度和舒适度。

4.3 成人失禁用品

我国已进入人口老龄化快速发展期，是世界上老年人口最多的国家。而在多年独生子女的政策影响下，老年人口的剧增让老年人的生活照料问题日益凸显。我国成人失禁用品市场处于发展初期，由于基数低，所以增长率很高，随着我国经济的发展、社会进入老龄化以及老年消费者可支配收入的提高、观念的转变，这一市场将持续高速增长，具有很大的发展潜力。

对于成人失禁用品领域，通常要求SAP具有高离心保水量、高饱和吸收倍率、价格低廉等特点，而对吸收速度没有较高要求。

4.4 宠物垫

目前国内宠物用品市场是一个正在起步阶段的成长型市场。多年前，部分欧美等发达国家或地区在产业转移的过程中，将一些宠物用品的生产制造环节转移到了中国大陆，但他们的设计和市场基本上还是留在了本国或本地区，所以形成了今天中国制造的宠物用品大多用于出口的市场现状。

随着宠物垫出口的畅销，国内很多生产卫生护理用品的企业纷纷上了宠物尿垫生产线，这必将导致国内宠物垫用SAP需求量的不断增长。

对于宠物垫领域，通常要求SAP具有较高的吸收速度、短时间饱和吸收倍率高、价格低廉等特点。

5 结语

近年来，随着我国经济的不断快速发展，人民的生活水平也在不断提高，进而带动了人们对高生活品质的追求。在卫生用品等涉及到SAP的领域对高性能、高品质、特色化产品的呼声也越来越高，为了迎合大众的追求，势必会对SAP提出更高的要求，因此对于SAP行业，只有生产出性能优异、特色明显、功能多样化的针对性产品才能在未来满足大众的需求，实现长远发展。

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[3]赵玉山.速渗纸尿裤[P].中国专利，2006200823940.2007-05-09.

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S12

A

1004-7344（2016）12-0321-02

2016-4-10

朱富军（1982-），男，SAP工艺工程师，本科，主要从事SAP的工艺技术管理、生产、研发及应用相关工作。

王翔（1990-），男，SAP研发技术员，硕士，主要从事SAP的研发及应用相关工作。