上海保圣质构仪在高吸水性树脂保水性评估方面的应用介绍

一、研究背景

高吸水性树脂是新开发的一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料。以往使用的吸附材料，如纸、棉、麻等吸水能力只有自身重量的15~40倍(指去离子水，以下同)，保水能力也相当差。

高吸水性树脂（简称高分子SAP）是制造婴儿尿布的绝好材料，它是由淀粉和丙烯酸盐做主要原料制成的。“尿不湿”的突出特点是吸水和蓄水量大得惊人。其吸收生理盐水是自身重量的40～60倍，吸收纯净水是自身重量的50～100倍。所以小孩尿尿不必担心尿湿裤子，流出的尿会被它全部“喝”光，俗称“尿不湿”。

 

高分子吸水树脂的特性和应用决定了纸尿裤品质差异。吸水性树脂作为尿不湿的原材料时，需要保持高吸水性、高吸水速率 、高保水性、高膨胀性。吸水后的树脂的物性特征直接影响消费者使用产品时的体验。

上海保圣质构仪能够以其他仪器无法比拟的灵敏度和重复性，可以量化各种树脂、凝胶类样品的物理参数，通过特定探头对吸水性树脂进行物性指标进行测定，可获得吸水后树脂的保水性能、凝胶强度、弹性、黏性等指标，从而可以分析出高吸水性树脂吸水水分的速率，以及吸收水分后的保水能力及使用时的体验。

 

二、高吸水性树脂吸水速率、膨胀性能测定实验方法介绍

上海保圣质构仪可以准确量化高吸水性凝胶树脂的膨胀行为。实验将采用设计上海保圣TA.XTC-18型质构仪（保圣其他型号TA.TOUCH或TA.XTC都可以开展该实验），通过质构仪的柱型凝胶探头压缩树脂产品轻微的距离，测量产品膨化时力的增加。通过对物性数据进行分析可以获得高吸水性凝胶树脂的膨胀性能及吸水速率。

2.1 样品准备

准备定量的凝胶树脂。

2.2 仪器和设备

物性测试仪：上海保圣TA.XTC-18型质构仪（保圣其他型号TA.TOUCH或TA.XTC都可以开展该实验）。

试验探头：TA/0.5 凝胶探头（直径为0.5英寸的圆柱体，即12.5mm）

2.3 试验设计

  实验类型设置为保持实验，实验开始时探头对树脂施加一个轻微距离，然后保持600秒的时间，在这个时间段内，探头记录力的变化；直到软件记录的力不发生改变。

2.4试验解说

当力达到并保持稳定时。此时到达力的时间表示高吸水性树脂的膨胀率。探头返回初始位置过程中，由于树脂吸水后具有一定黏性，从而对于探头返回运动产生抵抗作用，产生的数据可以分析吸水后的树脂粘连性。

   以此试验方案可以测定高吸水性凝胶树脂的吸水速率，从而可以分析高吸水性树脂尿不湿对于尿液的吸收速率；对黏性数据进行分析，可以模拟消费者在使用尿不湿时，吸收尿液后的尿不湿其内部树脂颗粒的粘连状态，从而分析消费者的对于吸水膨胀后的尿不湿使用触感。

 

三、高吸水性树脂保水性测定实验方法介绍

本次实验将设计采用上海保圣TA.XTC-18型质构仪（保圣其他型号TA.TOUCH或TA.XTC都可以开展该实验），通过质构仪的柱型探头挤压吸水性树脂，可设定压力对样品进行加压，当加压到设定的时间或变形量时，仪器自动停止，实现全自动完成测试。通过对质构曲线及树脂的分析可以评估出改树脂的保水强度。

3.1 样品准备

将吸水性树脂浸入于100g溶液中，浸泡20min；。

3.2 仪器和设备

物性测试仪：上海保圣TA.XTC-18型质构仪（保圣其他型号TA.TOUCH或TA.XTC都可以开展该实验）。

试验探头：TA/0.5 凝胶探头（直径为0.5英寸的圆柱体，即12.5mm）

3.3 试验设计

准备柱型探头TA/0.5及测试底座。将探头安装在力量感应元下方，测试平台固定在质构仪机体上。确保探头连接杆与底座垂直，探头下降时，不会触碰到测试平台。 将单颗粒凝胶平放在探头正下方，点击开始测试按钮，启动质构仪对单颗粒凝胶进行下压处理，探头达到目标位移后保持一定时间，然后探头以设定的侧后速度返回。

3.4 试验结果解说

    单颗粒凝胶质构曲线演示：

根据本次试验设计，可以得出如图所示的质构曲线图。对质构曲线图进行分析，最高峰值可以表示单颗粒树脂的凝胶强度，可代表吸水过后的单颗粒凝胶对外界的抗挤压能力；对到达最高峰值前后曲线的峰面积进行对比，可测得该单颗粒凝胶在挤压条件下的回复能力，数值越接近1，代表该树脂的回复能力强，弹性好，以及保水能力强，在加压环境下，水分没有失去。

该方法可用于分析，当尿不湿材料在吸收水分或尿液后，单颗粒及整体颗粒的凝胶强度，从而可以分析人体在使用尿不湿后所感受到尿不湿软硬度，以及高吸水性凝胶在人体压力下其保水性能，对高吸水性树脂物性特征进行整体分析可以分析出消费者使用尿不湿的体验。

 

4 应用拓展

采用上海保圣质构仪，通过保持实验及下压试验两种实验方法，可以测定高吸水性树脂的膨胀速率、粘连性能，单颗粒的保水性能及凝胶强度等物性指标。对物性数据进行分析，可模拟高吸水性尿不湿在浸泡尿液时的吸收速率，吸收尿液后的粘连性能、保水性能及凝胶强度，以此可以分析人体在使用此类尿不湿时的触感。

本实验方案可用于吸水性凝胶树脂的应用探索。可以通过上海保圣质构仪的质构测试对比不同种类高吸水性树脂的物性特征，从而分析出不同树脂样品对于水分或其他溶液的吸收保持能力，从而为尿不湿的原材料选取、配方研发提供模拟人体触觉的物性客观数据指标。

 

 

 

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