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《广东工业大学》 2012年
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LASP/AA/AM高吸水树脂的合成、性能及蓄冷保鲜应用研究

柳建良  
【摘要】:高吸水性树脂(Super absorbent polymers, SAP)是可以吸收自重数百倍至上千倍水的一类物质,且吸收的水不易用机械方法分离。目前世界上商业性最广泛的是聚丙烯酸盐类(包括淀粉接枝和丙烯酰胺共聚等)高吸水性树脂,该类树脂吸水性能好,但耐盐性和生物降解性差。聚天门冬氨酸(polyaspartic acid,简称PASP)属蛋白质结构,具有很强的吸水性和良好的生物降解性,但凝胶强度低和耐盐性差。因此,选用绿色天然物质L-天冬氨酸(LASP)为添加原料,采用合适的制备方法和工艺来提高传统丙烯酸-丙烯酰胺(AA-AM)高吸水树脂的吸水性能、耐盐性能、生物降解性能和蓄冷保鲜性能,对实现其工程应用具有重要的理论意义和现实意义。 本文研究以绿色天然物质LASP为添加原料,采用过硫酸钾为引发剂,N'N-亚甲基双丙烯酰为交联剂,合成LASP/AA/AM高吸水性树脂。探索了聚合物合成中的单因子和多因子组合的最佳条件,测定了聚合反应过程中单体反应级数和聚合反应活化能。对LASP/AA/AM高吸水性树脂的吸水性能、生物降解性能、蓄冷性能、保鲜性能等进行了检测和分析,并用红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对LASP/AA/AM高吸水性树脂的结构进行表征,得到如下结论: (1)以过硫酸钾为引发剂,N'N-亚甲基双丙烯酰为交联剂,以丙烯酰胺和适度中和丙烯酸为基本单体,加入适量的LASP为添加单体,采用水溶液法制备了高性能LASP/AA/AM高吸水性树脂。研究了LASP添加量、WAA:WAM比例等因子的最适量,且得出各因子对树脂吸水倍率的影响顺序为:LASP用量WAA:WAM比例引发剂用量交联剂用量。正交试验确定了本共聚反应的最佳组合,即LASP用量为单体用量8%,引发剂用量为单体用量0.5%,交联剂用量为单体用量0.2%,WAA:WAM比为70:30,获得树脂的最高吸水倍率达到了1017g/g,最高吸盐水倍率达到98g/g。 (2)采用水溶液引发LASP/AA/AM共聚,单体反应级数为1,共聚反应活化能为29.45KJ/mol。LASP含量为5%时,聚合反应速率最高,说明添加LASP单体有加速聚合反应的作用。通过FTIR和SEM对合成的高吸水树脂结构进行表征,在FTIR图谱上,1322cm-1处出现了C-N的伸缩,859cm-1出现表示分子顺反结构的谱带,某些基团发生位移,并出现相应的振动伸缩峰,都证明了LASP与AA、AM发生了聚合反应。树脂表面结构SEM图显示AA/AM树脂表面较光滑,而LASP/AA/AM树脂表面较粗糙,有不规则的棱和沟壑出现,印证了LASP/AA/AM树脂比AA/AM树脂有更加优良吸水倍率和吸水速率。 (3)微生物生长培养实验表明,LASP/AA/AM树脂微生物生长级数达到最高级4级,而AA/AM树脂微生物生长级数只是1级,表明LASP/AA/AM树脂的碳源能有效被微生物所利用;通过树脂薄片被微生物降解后的表面结构SEM表征,AA/AM树脂表面只表现出轻微的侵蚀,而LASP/AA/AM树脂表面变得密集的粗糙蓬松,表明树脂已大量被微生物降解利用。基本说明了添加LASP后,LASP/AA/AM高吸水树脂具有良好的生物降解性能。 (4)饱和的高吸水性树脂中绝大部分是水,而且水的物性参数基本上未变,其中水的蒸汽压、冰点、比热容、融潜热等基本物性与水相似,故高吸水性树脂一水体系具备固-固蓄冷材料特点,可以同时调节环境中的温度和湿度。高吸水树脂蓄冷系统有较大的潜热,LASP/AA/AM树脂-水体系、AA/AM树脂-水体系的熔融热分别为427.9、386.47,明显大于纯水-冰的335。与冰蓄冷系统比较,AA/AM树脂-水蓄冷系统降温速度最快,LASP/AA/AM树脂-水其次,冻结温度以LASP/AA/AM树脂最低,可能是在冰蓄冷系统中,蓄冷介质只有水,而在高吸水树脂复合蓄冷剂的蓄冷系统中,蓄冷介质除了水还有空气,有效提高了传热速率。而高吸水树脂复合纯水的蓄冷系统释冷较快,绝对温度较低,且持续时间较长,LASP/AA/AM树脂-水蓄冷系统释冷性能较优于AA/AM树脂-水的蓄冷系统。 (5)贡柑果实水分活度介于0.986~1.0间,可以充分反映果实水分活性的变化,果实成熟度高,水分活性也较高。贡柑果实果汁红外光谱在1649.4(1654.6-1638.4cm-1)附近峰位差异性大,是可以直接用于可溶性糖组分定性分析的波数;在1055.6(1057.1~1053.5cm-1)附近峰位差异性小,可适用于定量分析蔗糖等可溶性糖总量的变化。贡柑不同采收期的果实可溶性糖红外光谱表现出差异,采收迟的果实呈现接近果糖的红外光谱特征。贡柑果实蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖含量变化呈“S”型变化模式,其峰位的变化与TSS含量增加呈逆向变化关系,但和甜味品质变甜变淡趋势相同。2,4-D处理贡柑后能明显延长果实风味品质保持期,但不能阻止果实甜味品质变淡,其蔗糖、葡萄糖、果糖等可溶性糖含量变化完全不同于对照的“S”型变化特征。 (6)贡柑贮藏试验结果表明,常温贮藏出现异味,冰温贮藏出现冻害结冰沙的现象,唯有低温贮藏的果实仍有蜜味,但质地也不能保持。加冰去热可以显著改善贡柑果实好蒂率、好果率及果实外观色泽,也对果实内含物含量和风味的保持有所帮助,贡柑果实采后加冰处理无论好蒂率、好果率以及果实品质均以冰果比1比2处理为优。采用Aloe、2,4-D和LASP/AA/AM树脂-水蓄冷等保鲜处理的好蒂率和好果率均在96%以上,果实风味品质处理与对照有明显的区别,处理中以2,4-D处理为最好,LASP/AA/AM树脂-水蓄冷处理只是风味变淡,没有出现异味。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ324.8

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【参考文献】
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