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上海保圣質(zhì)構(gòu)儀在高吸水性樹脂保水性評(píng)估方面的應(yīng)用介紹

一、研究背景

高吸水性樹脂是新開發(fā)的一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。以往使用的吸附材料，如紙、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15~40倍(指去離子水，以下同)，保水能力也相當(dāng)差。

高吸水性樹脂（簡(jiǎn)稱高分子SAP）是制造嬰兒尿布的絕好材料，它是由淀粉和丙烯酸鹽做主要原料制成的。“尿不濕”的突出特點(diǎn)是吸水和蓄水量大得驚人。其吸收生理鹽水是自身重量的40～60倍，吸收純凈水是自身重量的50～100倍。所以小孩尿尿不必?fù)?dān)心尿濕褲子，流出的尿會(huì)被它全部“喝”光，俗稱“尿不濕”。

高分子吸水樹脂的特性和應(yīng)用決定了紙尿褲品質(zhì)差異。吸水性樹脂作為尿不濕的原材料時(shí)，需要保持高吸水性、高吸水速率 、高保水性、高膨脹性。吸水后的樹脂的物性特征直接影響消費(fèi)者使用產(chǎn)品時(shí)的舒適度。

上海保圣質(zhì)構(gòu)儀能夠以其他儀器無法比擬的靈敏度和重復(fù)性，可以量化各種樹脂、凝膠類樣品的物理參數(shù)，通過特定探頭對(duì)吸水性樹脂進(jìn)行物性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，可得到吸水后樹脂的保水性能、凝膠強(qiáng)度、彈性、黏性等指標(biāo)，從而可以分析出高吸水性樹脂吸水水分的速率，以及吸收水分后的保水能力及使用時(shí)的舒適度。

二、高吸水性樹脂吸水速率、膨脹性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法介紹

上海保圣質(zhì)構(gòu)儀可以精確量化高吸水性凝膠樹脂的膨脹行為。實(shí)驗(yàn)將采用設(shè)計(jì)上海保圣TA.XTC-18型質(zhì)構(gòu)儀（保圣其他型號(hào)TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實(shí)驗(yàn)），通過質(zhì)構(gòu)儀的柱型凝膠探頭壓縮樹脂產(chǎn)品輕微的距離，測(cè)量產(chǎn)品膨化時(shí)力的增加。通過對(duì)物性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得到高吸水性凝膠樹脂的膨脹性能及吸水速率。

2.1 樣品準(zhǔn)備

準(zhǔn)備定量的凝膠樹脂。

2.2 儀器和設(shè)備

物性測(cè)試儀：上海保圣TA.XTC-18型質(zhì)構(gòu)儀（保圣其他型號(hào)TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實(shí)驗(yàn)）。

試驗(yàn)探頭：TA/0.5 凝膠探頭（直徑為0.5英寸的圓柱體，即12.5mm）

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

     實(shí)驗(yàn)類型設(shè)置為保持實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)探頭對(duì)樹脂施加一個(gè)輕微距離，然后保持600秒的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，探頭記錄力的變化；直到軟件記錄的力不發(fā)生改變。

2.4 試驗(yàn)解說

當(dāng)力達(dá)到最大并保持穩(wěn)定時(shí)。此時(shí)到達(dá)最大力的時(shí)間表示高吸水性樹脂的最大膨脹率。探頭返回初始位置過程中，由于樹脂吸水后具有一定黏性，從而對(duì)于探頭返回運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抵抗作用，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以分析吸水后的樹脂粘連性。

   以此試驗(yàn)方案可以測(cè)定高吸水性凝膠樹脂的吸水速率，從而可以分析高吸水性樹脂尿不濕對(duì)于尿液的吸收速率；對(duì)黏性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以模擬消費(fèi)者在使用尿不濕時(shí)，吸收尿液后的尿不濕其內(nèi)部樹脂顆粒的粘連狀態(tài)，從而分析消費(fèi)者的對(duì)于吸水膨脹后的尿不濕使用觸感。

三、高吸水性樹脂保水性測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法介紹

本次實(shí)驗(yàn)將設(shè)計(jì)采用上海保圣TA.XTC-18型質(zhì)構(gòu)儀（保圣其他型號(hào)TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實(shí)驗(yàn)），通過質(zhì)構(gòu)儀的柱型探頭擠壓吸水性樹脂，可設(shè)定壓力對(duì)樣品進(jìn)行加壓，當(dāng)加壓到設(shè)定的時(shí)間或變形量時(shí)，儀器自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)完成測(cè)試。通過對(duì)質(zhì)構(gòu)曲線及樹脂的分析可以評(píng)估出改樹脂的保水強(qiáng)度。

3.1 樣品準(zhǔn)備

將吸水性樹脂浸入于100g溶液中，浸泡20min；。

3.2 儀器和設(shè)備

物性測(cè)試儀：上海保圣TA.XTC-18型質(zhì)構(gòu)儀（保圣其他型號(hào)TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實(shí)驗(yàn)）。

試驗(yàn)探頭：TA/0.5 凝膠探頭（直徑為0.5英寸的圓柱體，即12.5mm）

3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

準(zhǔn)備柱型探頭TA/0.5及測(cè)試底座。將探頭安裝在力量感應(yīng)元下方，測(cè)試平臺(tái)固定在質(zhì)構(gòu)儀機(jī)體上。確保探頭連接桿與底座垂直，探頭下降時(shí)，不會(huì)觸碰到測(cè)試平臺(tái)。 將單顆粒凝膠平放在探頭正下方，點(diǎn)擊開始測(cè)試按鈕，啟動(dòng)質(zhì)構(gòu)儀對(duì)單顆粒凝膠進(jìn)行下壓處理，探頭達(dá)到目標(biāo)位移后保持一定時(shí)間，然后探頭以設(shè)定的側(cè)后速度返回。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果解說

根據(jù)本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以得到如圖所示的質(zhì)構(gòu)曲線圖。對(duì)質(zhì)構(gòu)曲線圖進(jìn)行分析，最高峰值可以表示單顆粒樹脂的凝膠強(qiáng)度，可代表吸水過后的單顆粒凝膠對(duì)外界的抗擠壓能力；對(duì)到達(dá)最高峰值前后曲線的峰面積進(jìn)行對(duì)比，可得到該單顆粒凝膠在擠壓條件下的回復(fù)能力，數(shù)值越接近1，代表該樹脂的回復(fù)能力強(qiáng)，彈性好，以及保水能力強(qiáng)，在加壓環(huán)境下，水分沒有失去。

該方法可用于分析，當(dāng)尿不濕材料在吸收水分或尿液后，單顆粒及整體顆粒的凝膠強(qiáng)度，從而可以分析人體在使用尿不濕后所感受到尿不濕軟硬度，以及高吸水性凝膠在人體壓力下其保水性能，對(duì)高吸水性樹脂物性特征進(jìn)行整體分析可以分析出消費(fèi)者使用尿不濕的舒適度。

4 應(yīng)用拓展

采用上海保圣質(zhì)構(gòu)儀，通過保持實(shí)驗(yàn)及下壓試驗(yàn)兩種實(shí)驗(yàn)方法，可以測(cè)定高吸水性樹脂的膨脹速率、粘連性能，單顆粒的保水性能及凝膠強(qiáng)度等物性指標(biāo)。對(duì)物性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可模擬高吸水性尿不濕在浸泡尿液時(shí)的吸收速率，吸收尿液后的粘連性能、保水性能及凝膠強(qiáng)度，以此可以分析人體在使用此類尿不濕時(shí)的觸感。

本實(shí)驗(yàn)方案可用于吸水性凝膠樹脂的應(yīng)用探索。可以通過上海保圣質(zhì)構(gòu)儀的質(zhì)構(gòu)測(cè)試對(duì)比不同種類高吸水性樹脂的物性特征，從而分析出不同樹脂樣品對(duì)于水分或其他溶液的吸收保持能力，從而為尿不濕的原材料選取、配方研發(fā)提供模擬人體觸覺的物性客觀數(shù)據(jù)指標(biāo)。

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