CN110818862A - 一种用于卫生用品的可降解吸水因子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：植物纤维25～30份，丙烯酸35～45份，丙烯酰胺25～35份，交联剂1～5份，引发剂0.5～2.5份，光引发剂0.3～1.5份，蛋壳粉0.2～0.5份，银纳米离子0.2～0.5份。制作方法如下：天然植物纤维预处理；合成蛋壳/银纳米离子；加入去离子水保温搅拌，并加入各组分；在引发剂和紫外引发的共同作用下进行接枝聚合反应；切块、水洗、烘干。本发明产品具有良好的吸水性、保水性，产品安全环保，可在自然条件下可以实现自动降解，大大减少了环境中不可降解的卫生用品的数量，缓解了环境污染的压力，且具有抗菌、防臭的作用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种用于卫生用品的可降解吸水因子及其制备方法。
背景技术
高(超)吸水树脂(Super Absorbent Polymer,SAP)，简称SAP，又称吸水因子，是一种具有三维网状结构的新型功能高分子材料。SAP最主要的特性就是超强的吸水能力和锁水能力，它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。SAP以其高吸液能力、高吸液速度和高保液能力，广泛应用于生理卫生用品，如妇女卫生巾、纸尿裤、成人多功能护理垫、吸水纸、宠物垫等。使得此类产品大大轻度化、小型化、舒适化，给人们带来了福音，是卫生用品领域不可替代的理想产品。
SAP可以分为三大类：淀粉系SAP、纤维素系SAP、合成类SAP，其中合成SAP因其具有结构稳定、倍率高、耐热性好、能长期储存等方面有着明显的优势，占据了世界吸水树脂总产量的80％，但微生物一般不具有释放可将大分子C—C聚合物分解为小分子所需活性酶的能力，因此合成类SAP不易被生物降解，对环境具有较大危害。
我国各种农副产品及农林废弃物来源广泛，可再生速度快，可以利用农林废弃物等生物质接枝制备SAP，通过添加经过处理的纤维素等有机天然高分子接枝改性SAP不仅可以有效降低成本、变废为宝、节约资源，同时可以增强材料的力学性能，提高其生物降解性。但是目前市场上的保水剂以及卫生用品大部分都仍然是合成类吸水树脂，天然类高吸水树脂的合成仍处于实验室阶段，具有生产成本较高、吸水性欠佳、难以批量生产的缺点，离工业化具有一定的距离。
发明内容
针对现有合成类吸水树脂降解性差、天然类吸水树脂生产成本高、吸水性欠佳、难以批量生产等问题，本发明的首要目的是提供一种吸水性、保水性优良、安全环保、可完全降解的卫生用品的可降解吸水因子及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：植物纤维25～30份，丙烯酸35～45份，丙烯酰胺25～35份，交联剂1～5份，引发剂0.5～2.5份，光引发剂0.3～1.5份，蛋壳粉0.2～0.5份，银纳米离子0.2～0.5份。
优选地，上述组分及重量百分比最佳为：包括如下重量分数的原料：植物纤维28份，丙烯酸38份，丙烯酰胺28份，交联剂3份，引发剂1.6份，光引发剂0.8份，蛋壳粉0.3份，银纳米离子0.3份。
优选地，所述植物纤维为木纤维、麻纤维、竹纤维、秸秆纤维中的任意一种或两种以上的混合。
优选地，所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺。
优选地，所述引发剂为过硫酸钾。
优选地，所述光引发剂为2-羟基-2甲级-1-苯基-1-丙酮。
一种用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，包括如下步骤：
(1)将天然植物纤维粉碎后，加入水、纤维素酶、果胶酶进行反应，再进行碱处理，水洗后中和、洗净、烘干后得到预处理的纤维；
(2)将蛋壳粉、银纳米离子通过一步球磨法合成蛋壳/银纳米离子；
(3)往预处理的纤维中加入去离子水，保温搅拌后，加入引发剂、光引发剂、交联剂、蛋壳/银纳米离子，以及经NaOH中和的丙烯酸、丙烯酰胺，得到乳白色混合溶液；
(4)往乳白色混合溶液中通入氨气然后密封，施加50～100uw/cm2紫外线照射以促进聚合反应，直至反应温度不再上升后，改用200～300uw/cm2紫外线照射持续反应1.5～2小时，得到透明胶体；
(5)取出步骤(4)中所述的透明胶体，并切块、水洗，再在60～100℃下鼓风干燥，得到可降解吸水因子材料。
优选地，步骤(1)中，将天然植物纤维切成10-15mm的短纤维，按照1g：5ml的比例加水，然后添加0.1～0.3％的纤维素酶和0.1～0.3％的果胶酶，在35～40℃温度下反应10～15min，然后加入2～4g/L的纯碱，浴比1:10，加热到80～90℃，保温10～15min，水洗，用醋酸中和至pH＝7～8，洗净、烘干后得到预处理的纤维。
优选地，步骤(2)中，将蛋壳粉、银纳米离子放入球磨机中球磨处理24～48小时，即可得到蛋壳/银纳米离子(ES-Ag)，ES-Ag纳米粒子中游离的Ag+可以促进各组分的相容性，从而提高材料的综合性能。
优选地，步骤(3)中，预处理的纤维与加入的去离子水的质量比为1:(20～30)，保温搅拌的温度控制在40-55℃，搅拌时间为5-10min。
优选地，步骤(3)中，经NaOH中和的丙烯酸的中和度为60％。
本发明的有益效果是：
1、本发明产品吸水性、保水性优良、安全环保，可在自然条件下可以实现自动降解，大大减少了环境中不可降解的卫生用品的数量，缓解了环境污染的压力。
2、本发明以处理后的植物纤维作为大分子骨架原料，通过纤维素酶、果胶酶进行低温酶解，去除植物纤维的果胶，并通过碱处理粗化天然植物纤维的表面，去除纤维中的杂质，从而增加天然植物纤维的有效接触面积，使得其表面活性较高，更易于进行后续的接枝聚合反应；
3、通过引发剂和紫外光照引发的协同作用，能够有效保证聚合交联程度，反应更充分，能够有效避免SAP的凝胶结块问题，吸水因子的质量稳定性更高，；
4、通过ES-Ag纳米粒子中游离的Ag+可以促进各组分的相容性，从而提高材料的综合性能；同时起到抗菌、防臭的作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：
植物纤维28份，丙烯酸38份，丙烯酰胺28份，交联剂3份，引发剂1.6份，光引发剂0.8份，蛋壳粉0.3份，银纳米离子0.3份。
具体地，所述植物纤维为竹纤维；所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸钾；所述光引发剂为2-羟基-2甲级-1-苯基-1-丙酮。
所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，步骤如下：
(1)将天然植物纤维切成10-15mm的短纤维，按照1g：5ml的比例加水，然后添加0.2％的纤维素酶和0.2％的果胶酶，在38℃±2℃温度下反应15min，然后加入4g/L的纯碱，浴比1:10，加热到85℃±2℃，保温15min，水洗，用醋酸中和至pH＝7～8，洗净、烘干后得到预处理的纤维；
(2)将蛋壳粉、银纳米离子放入球磨机中球磨处理48小时，即可得到蛋壳/银纳米离子(ES-Ag)，ES-Ag纳米粒子中游离的Ag+可以促进各组分的相容性，从而提高材料的综合性能；
(3)往预处理的纤维中加入去离子水并进行保温搅拌，其中预处理的纤维与加入的去离子水的质量比为1:20，保温搅拌的温度控制在45℃±2℃，搅拌时间为10min；然后加入引发剂、光引发剂、交联剂、蛋壳/银纳米离子，以及经NaOH中和的丙烯酸(中和度为60％)、丙烯酰胺，得到乳白色混合溶液；
(4)往乳白色混合溶液中通入氨气然后密封，施加80uw/cm2紫外线照射以促进聚合反应，直至反应温度不再上升后，改用250uw/cm2紫外线照射持续反应2小时，得到透明胶体；
(5)取出步骤(4)中所述的透明胶体，并切块、水洗，再在60～100℃下鼓风干燥，得到可降解吸水因子材料。
实施例2：
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：植物纤维25份，丙烯酸35份，丙烯酰胺35份，交联剂3.8份，引发剂0.5份，光引发剂0.3份，蛋壳粉0.2份，银纳米离子0.2份。
具体地，所述植物纤维为木纤维、麻纤维、竹纤维、秸秆纤维中的任意一种或两种以上的混合；所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾；所述光引发剂为2-羟基-2甲级-1-苯基-1-丙酮。
所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，步骤如下：
(1)将天然植物纤维切成10-15mm的短纤维，按照1g：5ml的比例加水，然后添加0.1～0.3％的纤维素酶和0.1～0.3％的果胶酶，在35～40℃温度下反应10～15min，然后加入2～4g/L的纯碱，浴比1:10，加热到80～90℃，保温10～15min，水洗，用醋酸中和至pH＝7～8，洗净、烘干后得到预处理的纤维；
(2)将蛋壳粉、银纳米离子放入球磨机中球磨处理24～48小时，即可得到蛋壳/银纳米离子(ES-Ag)，ES-Ag纳米粒子中游离的Ag+可以促进各组分的相容性，从而提高材料的综合性能；
(3)往预处理的纤维中加入去离子水，保温搅拌后，加入引发剂、光引发剂、交联剂、蛋壳/银纳米离子，以及经NaOH中和的丙烯酸(中和度为60％)、丙烯酰胺，得到乳白色混合溶液；
(4)往乳白色混合溶液中通入氨气然后密封，施加50～100uw/cm2紫外线照射以促进聚合反应，直至反应温度不再上升后，改用200～300uw/cm2紫外线照射持续反应1.5～2小时，得到透明胶体；
(5)取出步骤(4)中所述的透明胶体，并切块、水洗，再在60～100℃下鼓风干燥，得到可降解吸水因子材料。
其中，步骤(3)中预处理的纤维与加入的去离子水的质量比为1:(20～30)，保温搅拌的温度控制在40-55℃，搅拌时间为5-10min；经NaOH中和的丙烯酸的。
实施例3：
本实施例3与实施例2的不同之处仅在于：
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：植物纤维30份，丙烯酸35份，丙烯酰胺25份，交联剂5份，引发剂2.5份，光引发剂1.5份，蛋壳粉0.5份，银纳米离子0.5份。
实施例4：
本实施例4与实施例3的不同之处仅在于：
一种用于卫生用品的可降解吸水因子，包括如下重量分数的原料：植物纤维25份，丙烯酸45份，丙烯酰胺25份，交联剂1份，引发剂2.5份，光引发剂0.9份，蛋壳粉0.3份，银纳米离子0.3份。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：包括如下重量分数的原料：植物纤维25～30份，丙烯酸35～45份，丙烯酰胺25～35份，交联剂1～5份，引发剂0.5～2.5份，光引发剂0.3～1.5份，蛋壳粉0.2～0.5份，银纳米离子0.2～0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：包括如下重量分数的原料：植物纤维28份，丙烯酸38份，丙烯酰胺28份，交联剂3份，引发剂1.6份，光引发剂0.8份，蛋壳粉0.3份，银纳米离子0.3份。
3.根据权利要求1所述的一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：所述植物纤维为木纤维、麻纤维、竹纤维、秸秆纤维中的任意一种或两种以上的混合。
4.根据权利要求1所述的一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾。
6.根据权利要求1所述的一种用于卫生用品的可降解吸水因子，其特征在于：所述光引发剂为2-羟基-2甲级-1-苯基-1-丙酮。
7.如权利要求1～6任一所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将天然植物纤维粉碎后，加入水、纤维素酶、果胶酶进行反应，再进行碱处理，水洗后中和、洗净、烘干后得到预处理的纤维；
(2)将蛋壳粉、银纳米离子通过一步球磨法合成蛋壳/银纳米离子；
(3)往预处理的纤维中加入去离子水，保温搅拌后，加入引发剂、光引发剂、交联剂、蛋壳/银纳米离子，以及经NaOH中和的丙烯酸、丙烯酰胺，得到乳白色混合溶液；
(4)往乳白色混合溶液中通入氨气然后密封，施加50～100uw/cm2紫外线照射以促进聚合反应，直至反应温度不再上升后，改用200～300uw/cm2紫外线照射持续反应1.5～2小时，得到透明胶体；
(5)取出步骤(4)中所述的透明胶体，并切块、水洗，再在60～100℃下鼓风干燥，得到可降解吸水因子材料。
8.根据权利要求7所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，将天然植物纤维切成10-15mm的短纤维，按照1g：5ml的比例加水，然后添加0.1～0.3％的纤维素酶和0.1～0.3％的果胶酶，在35～40℃温度下反应10～15min，然后加入2～4g/L的纯碱，浴比1:10，加热到80～90℃，保温10～15min，水洗，用醋酸中和至pH＝7～8，洗净、烘干后得到预处理的纤维。
9.根据权利要求7所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，预处理的纤维与加入的去离子水的质量比为1:(20～30)，保温搅拌的温度控制在40-55℃，搅拌时间为5-10min。
10.根据权利要求7所述用于卫生用品的可降解吸水因子的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，经NaOH中和的丙烯酸的中和度为60％。
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