本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種高吸水樹脂及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著全球信息化的高速發(fā)展，通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，信號(hào)傳輸性能良好的單模光纖光纜得到了普遍應(yīng)用；隨著光纜鋪設(shè)的地域越來越廣，光纜施工的環(huán)境的復(fù)雜程度也越來越高；為了通信數(shù)據(jù)的保真及線路的長久使用壽命，保持光纜內(nèi)部的濕度平衡就尤為重要了。傳統(tǒng)的阻水材料為纖膏纜膏，是一種以聚烯烴為基礎(chǔ)油的非極性油膏類物質(zhì)；由于填充度的要求高且在內(nèi)部變形的條件下會(huì)出現(xiàn)浸水的現(xiàn)象，所以現(xiàn)在對于高規(guī)格的光纜開始采用以阻水紗阻水帶等高吸水樹脂(sap)為主的材料。通過sap的吸水速度快高膨脹性的原理，在滲水口形成阻水層以防止水分繼續(xù)進(jìn)入；普通的sap材料抗壓性差，耐鹽度低，在高壓及高鹽度的環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)失水的現(xiàn)象；而吸水膨脹后與光纜壁擠壓失水；傳統(tǒng)的sap是以丙烯酸類的為主，離子型聚合物在高鹽度下的吸水性會(huì)急劇下降。另一方面，光纜使用環(huán)境較為復(fù)雜，阻水材料的力學(xué)性能也至關(guān)重要，目前光纜所用sap在力學(xué)性能上往往不能滿足光纜的在各種環(huán)境下使用的要求。同時(shí)，傳統(tǒng)的丙烯酸、丙烯酰胺系sap還存在聚合副產(chǎn)物毒性大，不環(huán)保的缺陷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有光纜的阻水材料在高壓高鹽度情況下低吸液倍率且材料副產(chǎn)物不環(huán)保的固有缺點(diǎn)，提供一種高耐鹽耐壓環(huán)保型的高吸水樹脂及其制備方法，并將其用于光纜的阻水材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種高吸水樹脂，由如下質(zhì)量份數(shù)的各組分制成：60-80份聚乙烯醇；70-90份木質(zhì)素磺酸；220-250份木薯淀粉；85-100份羥丙基甲基纖維素；16-19份引發(fā)劑；31-38份交聯(lián)劑；40-44份ph值穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，所述高吸水樹脂的ph值穩(wěn)定劑包括酸和堿，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀，所述酸為馬來酸或鹽酸。優(yōu)選地，所述高吸水樹脂的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、過氧化月桂酰、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽中任意一種。優(yōu)選地，所述高吸水樹脂的交聯(lián)劑為n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、甘油、乙二醇、二乙烯酮中任意一種。一種高吸水樹脂的制備方法，包括如下步驟：a.將所述木薯淀粉進(jìn)行糊化處理；b.將所述聚乙烯醇與水按1:10-20的質(zhì)量比混合，水浴加熱至90-95℃，以30-50rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)，制得聚乙烯醇溶液；c.將所述糊化處理的木薯淀粉溶液中加入所述羥丙基甲基纖維素，加熱到55-65℃、以50rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后升溫到60-70℃，制得木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液；d.55-65℃條件下，向所述木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液中加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，以75-85rpm的速度攪拌20-30min后，以25-35rpm的速度攪拌進(jìn)行預(yù)聚合，制得聚合木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液；e.將木質(zhì)素磺酸與水按1:28-57的質(zhì)量比混合，水浴加熱至95-100℃，以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后加入所述聚乙烯醇溶液、預(yù)聚合木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液，以50rpm的速度機(jī)械攪拌20-30min；f.90-95℃溫度下，向步驟e所得混合溶液中加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，以75-85rpm的速度機(jī)械攪拌40-60min；g.降溫到60-65℃后加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min；h.降溫到50-55℃后加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min；i.將步驟h所得溶液以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌120-180min后放入干燥箱中以65-70℃蒸干至恒重制得高吸水樹脂。所述步驟a-步驟h在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。上述制備方法為互穿多步，以非離子型聚合物為吸水主體，高粘度材料為基體，以制備出一種在適應(yīng)于高鹽度高壓力下的光纜sap；為了保持材料的親水性并且防止離子型基團(tuán)在高鹽度環(huán)境下失水的狀況，非離子型的親水基團(tuán)如羥基基團(tuán)就是很好的親水基團(tuán)，聚乙烯醇羥基基團(tuán)含量高，聚合程度靈活，易于操作，是一種理想的非離子型sap原料；sap的吸水能力分為物理吸附和化學(xué)吸附，聚乙烯醇的化學(xué)吸附能力強(qiáng)但物理吸附能力弱，保有自由水的能力弱使其吸液倍率不高；淀粉尤其是支鏈淀粉的物理保水能力強(qiáng)；木薯淀粉支鏈淀粉占比80％左右，有很好的鎖水性能，自由水吸附能力強(qiáng)，與聚乙烯醇的化學(xué)吸附能力形成互補(bǔ)；然而聚乙烯醇與木薯淀粉的缺點(diǎn)又是顯而易見的：聚乙烯醇及木薯淀粉抗壓能力較弱，在高壓下的保水能力急劇下降；為保證光纜在復(fù)雜環(huán)境下依然可以保持高保水能力，其他類具有吸水能力且力學(xué)性能優(yōu)良的高分子的引入就顯得尤為重要；木質(zhì)素磺酸又稱磺化木質(zhì)素，是造紙制漿行業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，來源廣泛；其熱力學(xué)柔性屬于中度剛性鍵聚合物；木質(zhì)素磺酸鹽主要由苯丙烷組成分子結(jié)構(gòu)含有羥基、磺酸鹽基及醚鍵等官能團(tuán)，適宜做吸水高分子材料；木質(zhì)素基體有很好的抗剪切能力，但是其縱向拉伸能力較弱且本身彈性較弱；羥丙基甲基纖維素是由高純度棉纖維醚化而成；羥丙基甲基纖維素具有纖維素的力學(xué)特點(diǎn)，縱向拉伸能力強(qiáng)；市面上普遍的可見的羥丙基甲基纖維素分子量小易溶于水；通過引發(fā)劑的作用提高其分子量是一種有效的改變其溶解性的方法；傳統(tǒng)材料以共混方法制備復(fù)合sap，耗時(shí)耗能且材料混合不均各組分之間沒有螯合導(dǎo)致易脫粉，相互之間沒有協(xié)同作用的效果；此次制備方案采用新型多步互穿的方案，以不同材料之間的共聚方法的不同，分多次進(jìn)行聚合，材料之間相互螯合。優(yōu)選地，所述木薯淀粉糊化處理的方法為：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將所述木薯淀粉、水、所述堿按照質(zhì)量比為13.7-15.6:500-938:1的比例混合，在35-45℃溫度條件下以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌糊化至溶液透明，加入所述酸調(diào)制中和度至80％。優(yōu)選地，所述步驟d、f、g、h中所用引發(fā)劑的質(zhì)量比例為：3:5.3-8:5-6.4:2-2.5。優(yōu)選地，所述步驟d、f、g、h中所用交聯(lián)劑的質(zhì)量比例為：8:6.7-12:10-13:5-6.3。因?yàn)槭嵌啻位ゴ?，引發(fā)劑與交聯(lián)劑的選擇與分量及使用步驟的選擇尤為關(guān)鍵，通過控制反應(yīng)過程中的溫度、攪拌速度、引發(fā)劑和交聯(lián)劑的用量使得互穿實(shí)現(xiàn)且物質(zhì)之間相互不影響，通過物理式的螯合實(shí)現(xiàn)材料之間的優(yōu)勢互補(bǔ)。優(yōu)選地，所述高吸水樹脂的后處理方法為：將所述步驟i制得的產(chǎn)物粉碎，在45-50℃去離子水中攪拌洗滌2-4次，每次以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌10-15min；洗滌完畢后以70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物即得成品。所述高吸水樹脂可用作光纜阻水材料。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下，本發(fā)明制備的高吸水樹脂采用的原料：聚乙烯醇、木薯淀粉、木質(zhì)素磺酸和羥丙基甲基纖維素均為無毒無害的物質(zhì)，且反應(yīng)過程中未引入有毒溶劑，也不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，綠色環(huán)保，而傳統(tǒng)的丙烯酸、丙烯酰胺系sap所采用的原料本身就有毒，且聚合副產(chǎn)物毒性大；本發(fā)明制備的高吸水樹脂采用的原料獲得途徑廣，制備耗能低，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明制備的高吸水樹脂以非離子型聚合物——聚乙烯醇為吸水主體，木薯淀粉的物理保水與聚乙烯醇的化學(xué)吸附能力形成互補(bǔ)，同時(shí)引入木質(zhì)素磺酸增強(qiáng)抗抗剪切能力，羥丙基甲基纖維素增強(qiáng)縱向拉伸能力，通過多步互穿制得，在高壓力、高鹽度條件下吸水率高，可以充分吸液以達(dá)到阻水效果；相比于傳統(tǒng)材料以共混方法制備復(fù)合sap，耗時(shí)耗能且材料混合不均各組分之間沒有螯合導(dǎo)致易脫粉，相互之間沒有協(xié)同作用的效果；本發(fā)明的制備方法采用新型多步互穿的方案，以不同材料之間的共聚方法的不同，分多次進(jìn)行聚合，材料之間相互螯合，優(yōu)勢互補(bǔ)；本發(fā)明的高吸水樹脂具備優(yōu)異的力學(xué)性能，耐高壓、耐鹽，適用于各種復(fù)雜環(huán)境，可用作光纜的阻水材料。具體實(shí)施方式實(shí)施例1：1)前期淀粉糊化處理：取木薯淀粉225克、10公斤蒸餾水、加入40克40％質(zhì)量份數(shù)的氫氧化鈉充分溶解在35-40℃下以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌糊化至淀粉溶液透明，加入125克20％質(zhì)量份數(shù)的馬來酸溶液調(diào)制中和度至80％。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))2)取100克聚乙烯醇，1-2公斤蒸餾水水浴加熱至90-95℃以30-50rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))3)將糊化處理完畢的木薯淀粉溶液中加入80克羥丙基甲基纖維素加熱到55-65℃以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后升溫到65℃。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))4)60℃的木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液中加入3克過硫酸鉀、8克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm速度攪拌20-30min后以25-35rpm攪拌進(jìn)行預(yù)聚合。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))5)取70克木質(zhì)素磺酸水2-4公斤蒸餾水浴加熱至95-100℃后以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后加入聚乙烯醇溶液、預(yù)聚合木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液后以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌20-30min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))6)上述溶液在90-95℃條件下，加入8克過硫酸銨、12克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm的速度機(jī)械攪拌40-60min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))7)降溫到60-65℃后加入5克過硫酸鉀、10克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))8)降溫到55℃后加入2克過硫酸胺、5克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))9)溶液以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌120-180min后放入干燥箱中以65-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物。10)后在45-50℃去離子水中攪拌洗滌2-4次，每次以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌10-15min。11)洗滌完畢后以60-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物，即得成品。實(shí)施例2：1)前期淀粉糊化處理：取木薯淀粉250克、10公斤蒸餾水、加入40克40％質(zhì)量份數(shù)的氫氧化鈉充分溶解在35-40℃下以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌糊化至淀粉溶液透明，加入139克20％質(zhì)量份數(shù)的馬來酸溶液調(diào)制中和度至80％。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))2)取90克聚乙烯醇，1-2公斤蒸餾水水浴加熱至90-95℃以30-50rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))3)將糊化處理完畢的木薯淀粉溶液中加入100克羥丙基甲基纖維素加熱到55-65℃以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后升溫到65℃。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))4)60℃的木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液中加入3克過硫酸鉀、8克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm速度攪拌20-30min后以25-35rpm攪拌進(jìn)行預(yù)聚合。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))5)取90克木質(zhì)素磺酸水2-4公斤蒸餾水浴加熱至95-100℃后以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后加入聚乙烯醇溶液、預(yù)聚合木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液后以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌20-30min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))6)上述溶液在90-95℃條件下，加入7.2克過硫酸銨、10.8克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm的速度機(jī)械攪拌40-60min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))7)降溫到60-65℃后加入6.4克過硫酸鉀、12.9克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))8)降溫到55℃后加入2.5克過硫酸胺、6.3克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))9)溶液以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌120-180min后放入干燥箱中以65-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物。10)后在45-50℃去離子水中攪拌洗滌2-4次，每次以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌10-15min。11)洗滌完畢后以60-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物，即得成品。實(shí)施例3：1)前期淀粉糊化處理：取木薯淀粉220克、10公斤蒸餾水、加入40克40％質(zhì)量份數(shù)的氫氧化鈉充分溶解在35-40℃下以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌糊化至淀粉溶液透明，加入122克20％質(zhì)量份數(shù)的馬來酸溶液調(diào)制中和度至80％。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))2)取60克聚乙烯醇，1-2公斤蒸餾水水浴加熱至90-95℃以30-50rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))3)將糊化處理完畢的木薯淀粉溶液中加入85克羥丙基甲基纖維素加熱到55-65℃以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后升溫到65℃。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))4)60℃的木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液中加入3克過硫酸鉀、8克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm速度攪拌20-30min后以25-35rpm攪拌進(jìn)行預(yù)聚合。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))5)取80克木質(zhì)素磺酸水2-4公斤蒸餾水浴加熱至95-100℃后以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌1-2小時(shí)后加入聚乙烯醇溶液、預(yù)聚合木薯淀粉-羥丙基甲基纖維素溶液后以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌20-30min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))6)上述溶液在90-95℃條件下，加入5.3克過硫酸銨、6.7克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以75-85rpm的速度機(jī)械攪拌40-60min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))7)降溫到60-65℃后加入5.7克過硫酸鉀、11.4克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以55-65rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))8)降溫到55℃后加入2.1克過硫酸胺、5.3克n,n-亞甲基雙丙烯酰胺以45-55rpm的速度機(jī)械攪拌30-40min。(全程通入氮?dú)獗Ｗo(hù))9)溶液以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌120-180min后放入干燥箱中以65-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物。10)后在45-50℃去離子水中攪拌洗滌2-4次，每次以35-45rpm的速度機(jī)械攪拌10-15min。11)洗滌完畢后以60-70℃蒸干至恒重，粉碎干燥產(chǎn)物，即得成品。實(shí)施例4：實(shí)施例1保持其他條件不變，僅僅改變步驟1)中加入蒸餾水的質(zhì)量為8公斤(a組)、15公斤(b組)制備高吸水樹脂。實(shí)施例5：實(shí)施例1保持其他條件不變，僅將步驟4)和7)中引發(fā)劑(過硫酸鉀)和交聯(lián)劑(n,n-亞甲基雙丙烯酰胺)分別用下列各組的引發(fā)劑和交聯(lián)劑代替，來制備高吸水樹脂：組別引發(fā)劑交聯(lián)劑a組過硫酸銨n,n-亞甲基雙丙烯酰胺b組過氧化月桂酰乙二醇c組偶氮二異丁脒鹽酸鹽二乙烯酮d組偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽甘油對比例1：省略實(shí)施例1的步驟7)-8)制備高吸水樹脂。對比例2：實(shí)施例1保持其他條件不變，僅僅改變步驟4)、6)、7)、8)中引發(fā)劑(過硫酸鉀或過硫酸銨)和交聯(lián)劑(n,n-亞甲基雙丙烯酰胺)的用量制備高吸水樹脂：實(shí)施例6：對實(shí)施例1-5，對比例1-2制備的到的產(chǎn)物進(jìn)行吸水率、吸水速率、耐壓性、耐鹽性進(jìn)行考察，結(jié)果如下：需要說明的是上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并沒有用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述基礎(chǔ)上做出的等同替換或者替代均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12