CN106589243A

CN106589243A - 一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法

Info

Publication number: CN106589243A
Application number: CN201610986807.6A
Authority: CN
Inventors: 姚菊明; 张勇; 刘虹奕
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2017-04-26

Abstract

本发明公开了一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法。采用方法的要点是将废弃的麻类废纱作为原料，通过碱煮脱胶，加入丙烯基单体进行接枝聚合，制得生物基高吸水树脂，再复合一定比例的绒毛浆材料，制备出复合吸水芯层材料。该方法操作简单，绿色环保，得到的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的吸水和保水性能均有较大提高，高值化利用废弃生物质资源不仅降低了吸水材料的生产成本同时减少了废弃物造成的环境污染，且赋予了复合吸水芯层材料生物可降解性能，避免造成二次污染，将其用于卫生用品、医药用品等方面，有助于提高卫生医药用品质量，发展前景广阔，具有重要的经济和社会效益。

Description

一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸水材料的制备方法，特别涉及一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

纤维素是一种可再生的绿色资源，具有可生物降解、价格低廉的优点，利用纤维素资源不仅可有效的提高农林废弃产品的经济效益，还可缓解以有限的石油资源为原料的工业生产。此外，纤维素本身无毒无害，因此将其应用于制造降解材料有着广阔的前景。纤维素本身具有很强的吸水性，而通过交联、接枝等手段对它进行化学改性,引入更多或者更强的亲水性基团后，其吸水能力更是大大提高，因此纤维素类高吸水材料(包括纤维素衍生物及纤维素接枝系)已成为可生物降解高吸水材料的一大类。高吸水树脂是一种新型的功能高分子材料,能吸收并保持自身质量数百倍至数千倍的水分，具备高吸水和高保水的特性。世界纺织工业大量的纺织废料或被填埋，或被焚烧既浪费资源又造成环境污染。对纺织废料的回收再利用不仅减少了对天然纤维—棉花、麻类等纤维的消耗，同时也减少了对废弃物的处理，因此纤维素类废弃物回收后制备高吸水树脂材料已成为国内外研究的热点。

作为吸水树脂载体，主要作用是帮助液体扩散和防止多余液体渗漏，这一载体部分的材料，我们选用市面上广泛应用于卫生产品的绒毛浆材料。绒毛浆是经过漂白、抽出有机溶剂等操作后的木浆、草浆，具有白度高、树脂类成分含量低、纤维长并分布均一等性能，是一种用于生产各种卫生用品(如卫生巾、婴儿尿布、医院床垫等)充当吸水介质的纸浆。

在吸水材料制备领域，中国专利(CN201610384134.7)“一种纳米银抑菌吸汗干爽鞋垫”公开了一种纳米银抑菌吸汗干爽鞋垫，包括连接在一起的处于下层的底层，处于上层的导流层，以及处于底层和导流层之间具有高分子树脂吸水芯层的中间吸收层；在实际使用过程中，处于上层并与人体脚底接触的导流层可将汗液向下导流给高分子树脂吸水芯层，高分子树脂吸水芯层可将汗液完全吸收并固定，即使踩压也不会出现渗透情况，导流层可以一直保持透气、干燥和防潮效果，使脚始终干爽舒适。中国专利(CN201220359875.7)“一种医用冰垫”公开了一种医用冰垫，该冰垫由上到下依次包括表面包覆层，吸水芯层和隔水层，所述冰垫上部设有凹槽；所述表面包覆层为无纺布层；所述吸水芯层填充有木桨或高吸水树脂；所述隔水层由聚乙烯防水膜制成。中国专利(CN201410233850.6)“一种卫生巾”涉及一种卫生巾，包括表层、吸水芯层和底膜，所述表层为一层或多层高亲水无纺布叠加而成，所述吸水芯层的结构包括上下两层无纺布和中间的吸水纸，上层无纺布为高亲水无纺布，下层无纺布为超疏水无纺布，上下两层无纺布的边缘叠合在一起，将中间吸水纸包裹住。美国专利(US9399083)“Absorbent core for use in absorbent articles”提供了一种吸水制品的吸水芯层包括两层，第一吸收层包括第一基底和沉积在所述第一基底上的交联纤维素纤维层，第二吸收层包括第二基材，沉积在所述第二基材上的是超吸收性聚合物颗粒层和覆盖所述超吸收性聚合物颗粒层的热塑性粘合剂材料纤维层；第一和第二吸收层组合在一起，使所述热塑性粘合剂材料纤维层的一部分与所述第一吸收层的交联纤维素纤维层的一部分结合。美国专利(US9452095)“Absorbent core having improvedstructure”提供了一种一次性吸收制品的吸水芯层，特别是用于吸收月经或血液的吸水芯层；吸水芯层至少有两层，第一层是基本上不含吸水凝胶材料的纤维素纤维，第二层是基本上不含纤维素纤维的纤维和吸水凝胶材料。截止目前，还未见到将麻类废纱作为原料，通过复合绒毛浆制备吸水芯层材料的相关工艺技术出现。

本发明提供的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料，是将废弃的麻类废纱作为原料，通过碱煮脱胶，加入丙烯基单体进行接枝聚合，制得生物基高吸水树脂，再复合一定比例的绒毛浆材料，制备出复合吸水芯层材料。该方法操作简单、绿色环保，得到的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料吸水和保水性能均有较大提高，高值化利用废弃生物质资源不仅降低了吸水材料的生产成本，同时减少了废弃物造成的环境污染，赋予复合吸水芯层材料生物可降解性能，无毒无害，避免了二次污染，将其用于卫生用品、医药用品方面，有助于提高卫生医药用品的质量，也给广大使用者带来了方便，发展前景广阔，具有重要的社会和经济效益。

发明内容

为了克服合成树脂吸水量少且速率慢的问题，同时改善合成树脂保水效果差等问题，制备出操作方法简便易行，生产成本低廉，应用领域广泛且绿色环保的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料，本发明的目的是提供一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：

1)将麻类废纱置于10g/L氢氧化钠溶液中70～100℃水浴搅拌0.5～2h，去离子水洗至中性，然后在配有15g/L氢氧化钠、1g/L硅酸钠和2g/L多聚磷酸钠混合溶液中70～100℃水浴搅拌1～2.5h，在2g/L H₂SO₄溶液中室温中和3～9min，去离子水洗至中性，50～65℃烘干,即得到经过脱胶处理的干燥麻类纤维素；

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥麻类纤维素溶于25～50mL氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在60～70℃下搅拌通N₂ 40～45min，然后加入过硫酸铵0.1～0.2g，反应15～20min，然后依次加入0.04～0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1～2g丙烯酰胺、3～4g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应10～20min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，50～65℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

3)用细网目的纱布制成长、宽分别为22cm、7cm的布袋，在里面均匀铺上一层绒毛浆，将步骤2)得到的生物基高吸水树脂均匀加入，再覆盖一层绒毛浆，即得到生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料。

所述的剪碎的麻类废纱为干燥尺寸≤10mm的小段。

所述的麻类废纱的原料来源为苎麻、黄麻、蕉麻、大麻植物中的一种。

所述的麻类废纱与氢氧化钠溶液的液比为1:30，麻类废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液的液比为1:30。

所述的氢氧化钠、尿素混合溶液的配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7:13:80。

所述的生物基高吸水树脂与绒毛浆的复合质量比为1:20～50。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明改善了合成树脂吸水量少且速率慢、保水效果差等问题，制备出了操作方法简便易行，生产成本低廉，应用领域广泛且绿色环保的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料，以麻类废纱为原料复合绒毛浆形成的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料不仅提高了其吸水倍率和保水效果，同时也高值化利用了废弃生物质资源，降低了吸水材料的生产成本，同时减少了废弃物造成的环境污染，具有重要的现实意义。

附图说明

图1是实施例1中麻类废纱脱胶前后的扫描电子显微镜图像；

图2是由实施例1制备的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料与对照样品在去离子水中的吸水速率曲线(对照样品为购买的卫生用品吸水芯层)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1:

1)将干燥尺寸≤10mm的苎麻废纱小段按苎麻废纱与氢氧化钠溶液1:30的液比置于10g/L氢氧化钠溶液中70℃水浴搅拌2h，去离子水洗至中性，然后按苎麻废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液1:30的液比在配有15g/L氢氧化钠、1g/L硅酸钠和2g/L多聚磷酸钠混合溶液中90℃水浴搅拌1.5h，在2g/L H₂SO₄溶液中室温中和5min，去离子水洗至中性，60℃烘干,即得到经过脱胶处理的干燥苎麻纤维素；

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥苎麻纤维素溶于25mL配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7：13：80的氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在70℃下搅拌通N₂ 45min，然后加入过硫酸铵0.2g，反应15min，然后依次加入0.04g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1g丙烯酰胺、3g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应20min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，65℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

3)用细网目的纱布制成长、宽分别为22cm、7cm的布袋，在里面均匀铺上一层绒毛浆，将步骤2)得到的生物基高吸水树脂按生物基高吸水树脂与绒毛浆1:30的复合质量比均匀加入，再覆盖一层绒毛浆，即得到生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料(a)。

实施例2:

1)将干燥尺寸≤10mm的黄麻废纱小段按黄麻废纱与氢氧化钠溶液1:30的液比置于10g/L氢氧化钠溶液中80℃水浴搅拌1.5h，去离子水洗至中性，然后按黄麻废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液1:30的液比在配有15g/L氢氧化钠、1g/L硅酸钠和2g/L多聚磷酸钠混合溶液中70℃水浴搅拌2.5h，在2g/L H₂SO₄溶液中室温中和3min，去离子水洗至中性，50℃烘干,即得到经过脱胶处理的干燥黄麻纤维素；

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥黄麻纤维素溶于30mL配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7：13：80的氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在65℃下搅拌通N₂ 45min，然后加入过硫酸铵0.15g，反应20min，然后依次加入0.04g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1.5g丙烯酰胺、4g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应10min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，60℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

3)用细网目的纱布制成长、宽分别为22cm、7cm的布袋，在里面均匀铺上一层绒毛浆，将步骤2)得到的生物基高吸水树脂按生物基高吸水树脂与绒毛浆1:20的复合质量比均匀加入，再覆盖一层绒毛浆，即得到生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料(b)。

实施例3:

1)将干燥尺寸≤10mm的蕉麻废纱小段按蕉麻废纱与氢氧化钠溶液1:30的液比置于10g/L氢氧化钠溶液中90℃水浴搅拌1h，去离子水洗至中性，然后按蕉麻废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液1:30的液比在配有15g/L氢氧化钠、1g/L硅酸钠和2g/L多聚磷酸钠混合溶液中80℃水浴搅拌2h，在2g/L H₂SO₄溶液中室温中和9min，去离子水洗至中性，65℃烘干,即得到经过脱胶处理的干燥蕉麻纤维素；

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥蕉麻纤维素溶于40mL配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7：13：80的氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在60℃下搅拌通N₂ 40min，然后加入过硫酸铵0.2g，反应15min，然后依次加入0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2g丙烯酰胺、3.5g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应15min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，55℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

3)用细网目的纱布制成长、宽分别为22cm、7cm的布袋，在里面均匀铺上一层绒毛浆，将步骤2)得到的生物基高吸水树脂按生物基高吸水树脂与绒毛浆1:50的复合质量比均匀加入，再覆盖一层绒毛浆，即得到生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料(c)。

实施例4:

1)将干燥尺寸≤10mm的大麻废纱小段按大麻废纱与氢氧化钠溶液1:30的液比置于10g/L氢氧化钠溶液中100℃水浴搅拌0.5h，去离子水洗至中性，然后按大麻废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液1:30的液比在配有15g/L氢氧化钠、1g/L硅酸钠和2g/L多聚磷酸钠混合溶液中100℃水浴搅拌1h，在2g/L H₂SO₄溶液中室温中和7min，去离子水洗至中性，55℃烘干,即得到经过脱胶处理的干燥大麻纤维素；

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥大麻纤维素溶于50mL配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7：13：80的氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在65℃下搅拌通N₂ 40min，然后加入过硫酸铵0.1g，反应20min，然后依次加入0.05g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2g丙烯酰胺、3g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应15min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，50℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

3)用细网目的纱布制成长、宽分别为22cm、7cm的布袋，在里面均匀铺上一层绒毛浆，将步骤2)得到的生物基高吸水树脂按生物基高吸水树脂与绒毛浆1:40的复合质量比均匀加入，再覆盖一层绒毛浆，即得到生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料(d)。

测定计算实施例1制备的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料(a)在去离子水、人工血、0.9wt％NaCl生理盐水的吸水率和保水率。表1为实施例1制备的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的吸水率和保水率测定计算结果。由表1中数据可知，采用本发明所述的制备方法获得的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料在去离子水、人工血、0.9wt％NaCl生理盐水的吸水率在190.4-311.3g/g，保水率在83.9～84.5％，说明该方法制备的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料在各类溶液中均有良好的吸水和保水功能。

如图1，从实施例1中麻类废纱脱胶前后的扫描电子显微镜图像可以看出，实施例1制备的麻类废纱脱胶后的麻类纤维素表面变得较为光滑，说明包缠在纤维素表面胶杂质成分进行了脱除；如图2，从实施例1制备的生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料与对照样品(购买的卫生用品的吸水芯层)在去离子水中的吸水速率曲线中可以看出，生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料与对照样品在同样条件下共同吸水，前20min吸水芯层和对照样品的吸水速率都增长快速，此时对照样品的吸水倍率略高于生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料；而在之后的10min内，两者的吸水都开始趋于饱和；在吸水后30min左右，生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料表现出比对照样品更高的吸水能力，吸水倍率略高出10g/g，说明生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料具有良好的吸水功能。

表1

以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将步骤1)得到的1g经过脱胶处理的干燥麻类纤维素溶于25～50mL氢氧化钠、尿素混合溶液中，加入到带有磁力搅拌器、温度计、冷凝器、通氮装置的四口烧瓶中，在60～70℃下搅拌通N₂ 40～45min，然后加入过硫酸铵0.1～0.2g，反应15～20min，然后依次加入0.04～0.05g N,N,-亚甲基双丙烯酰胺和1～2g丙烯酰胺、3～4g中和度为60％的丙烯酸，水浴锅中反应10～20min得到固态接枝产物，将产物剪碎经去离子水洗至中性，无水乙醇脱水，50～65℃烘箱干燥，得到生物基高吸水树脂；

2.根据权利要求1所述的一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于：所述的剪碎的麻类废纱为干燥尺寸≤10mm的小段。

3.根据权利要求1所述的一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于：所述的麻类废纱的原料来源为苎麻、黄麻、蕉麻、大麻植物中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于：所述的麻类废纱与氢氧化钠溶液的液比为1:30，麻类废纱与氢氧化钠、硅酸钠、多聚磷酸钠混合溶液的液比为1:30。

5.根据权利要求1所述的一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠、尿素混合溶液的配置质量比为氢氧化钠：尿素：去离子水＝7:13:80。

6.根据权利要求1所述的一种生物基高吸水树脂复合吸水芯层材料的制备方法，其特征在于：所述的生物基高吸水树脂与绒毛浆的复合质量比为1:20～50。