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上海保圣質構儀在高吸水性樹脂保水性評估方面的應用介紹

一、研究背景

高吸水性樹脂是新開發的一種含有強親水性基團并具有一定交聯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)，保水能力也相當差。

高吸水性樹脂（簡稱高分子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。所以小孩尿尿不必擔心尿濕褲子，流出的尿會被它全部“喝”光，俗稱“尿不濕”。

高分子吸水樹脂的特性和應用決定了紙尿褲品質差異。吸水性樹脂作為尿不濕的原材料時，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者使用產品時的舒適度。

上海保圣質構儀能夠以其他儀器無法比擬的靈敏度和重復性，可以量化各種樹脂、凝膠類樣品的物理參數，通過特定探頭對吸水性樹脂進行物性指標進行測定，可得到吸水后樹脂的保水性能、凝膠強度、彈性、黏性等指標，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的舒適度。

二、高吸水性樹脂吸水速率、膨脹性能測定實驗方法介紹

上海保圣質構儀可以精確量化高吸水性凝膠樹脂的膨脹行為。實驗將采用設計上海保圣TA.XTC-18型質構儀（保圣其他型號TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實驗），通過質構儀的柱型凝膠探頭壓縮樹脂產品輕微的距離，測量產品膨化時力的增加。通過對物性數據進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 樣品準備

準備定量的凝膠樹脂。

2.2 儀器和設備

物性測試儀：上海保圣TA.XTC-18型質構儀（保圣其他型號TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實驗）。

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

2.3 試驗設計

     實驗類型設置為保持實驗，實驗開始時探頭對樹脂施加一個輕微距離，然后保持600秒的時間，在這個時間段內，探頭記錄力的變化；直到軟件記錄的力不發生改變。

2.4 試驗解說

當力達到最大并保持穩定時。此時到達最大力的時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，從而對于探頭返回運動產生抵抗作用，產生的數據可以分析吸水后的樹脂粘連性。

   以此試驗方案可以測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于尿液的吸收速率；對黏性數據進行分析，可以模擬消費者在使用尿不濕時，吸收尿液后的尿不濕其內部樹脂顆粒的粘連狀態，從而分析消費者的對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定實驗方法介紹

本次實驗將設計采用上海保圣TA.XTC-18型質構儀（保圣其他型號TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實驗），通過質構儀的柱型探頭擠壓吸水性樹脂，可設定壓力對樣品進行加壓，當加壓到設定的時間或變形量時，儀器自動停止，實現全自動完成測試。通過對質構曲線及樹脂的分析可以評估出改樹脂的保水強度。

3.1 樣品準備

將吸水性樹脂浸入于100g溶液中，浸泡20min；。

3.2 儀器和設備

物性測試儀：上海保圣TA.XTC-18型質構儀（保圣其他型號TA.TOUCH或TA.XTC都可以開展該實驗）。

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

3.3 試驗設計

準備柱型探頭TA/0.5及測試底座。將探頭安裝在力量感應元下方，測試平臺固定在質構儀機體上。確保探頭連接桿與底座垂直，探頭下降時，不會觸碰到測試平臺。 將單顆粒凝膠平放在探頭正下方，點擊開始測試按鈕，啟動質構儀對單顆粒凝膠進行下壓處理，探頭達到目標位移后保持一定時間，然后探頭以設定的側后速度返回。

3.4 試驗結果解說

根據本次試驗設計，可以得到如圖所示的質構曲線圖。對質構曲線圖進行分析，最高峰值可以表示單顆粒樹脂的凝膠強度，可代表吸水過后的單顆粒凝膠對外界的抗擠壓能力；對到達最高峰值前后曲線的峰面積進行對比，可得到該單顆粒凝膠在擠壓條件下的回復能力，數值越接近1，代表該樹脂的回復能力強，彈性好，以及保水能力強，在加壓環境下，水分沒有失去。

該方法可用于分析，當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，對高吸水性樹脂物性特征進行整體分析可以分析出消費者使用尿不濕的舒適度。

4 應用拓展

采用上海保圣質構儀，通過保持實驗及下壓試驗兩種實驗方法，可以測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度等物性指標。對物性數據進行分析，可模擬高吸水性尿不濕在浸泡尿液時的吸收速率，吸收尿液后的粘連性能、保水性能及凝膠強度，以此可以分析人體在使用此類尿不濕時的觸感。

本實驗方案可用于吸水性凝膠樹脂的應用探索。可以通過上海保圣質構儀的質構測試對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、配方研發提供模擬人體觸覺的物性客觀數據指標。

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