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《中国林业科学研究院》 2003年
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淀粉接枝共聚物的合成及性能研究

龙剑英  
【摘要】: 本文以淀粉为原料,与丙烯酸、丙烯酰胺(或丙烯酸酯)二元接枝共聚,复合粘土,采用水溶液聚合法创新合成了两类淀粉类高吸水性树脂:玉米淀粉高吸水性树脂和高氧化度木薯淀粉高吸水性树脂。又采用反相悬浮聚合法,以玉米淀粉为原料,二元接枝共聚复合粘土,创新合成了反相悬浮法合成的玉米淀粉高吸水性树脂。详细讨论了上述三类高吸水性树脂的合成工艺条件,以及各种吸水和保水性能,并对反相悬浮聚合法和水溶液聚合法两种合成工艺进行了比较。 测定了产品吸水性能,其最高吸去离子水倍数和吸0.9%NaCl溶液倍数分别为:玉米淀粉高吸水性树脂1819g/g聚合物和129g/g聚合物、 高氧化度淀粉高吸水性树脂1395g/g聚合物和158g/g聚合物、反相悬浮法合成的玉米淀粉高吸水性树脂1186g/g聚合物和113g/g聚合物。与唐山博亚科技工业开发有限公司的蘸根用高能抗旱保水剂、林果专用保水剂、速吸林果专用保水剂三种产品相比,所合成的三种淀粉类高吸水性树脂吸去离子水能力和吸0.9%NaCl溶液均高于它们,具有较好的开发前景。 通过红外光谱对三种淀粉类高吸水性树脂进行了鉴定。热分析图谱表明三种淀粉类高吸水性树脂具有良好的热稳定性。扫描电镜图谱表明三种淀粉类高吸水性树脂表面结构为具有大量孔洞和裂缝的层状结构和絮状结构,从而使它们能吸收和保存大量的水。 系统研究了各种反应条件对创新合成的三类淀粉类高吸水性树脂的吸水性能的影响,得出各自适宜的合成条件: 玉米淀粉高吸水性树脂:采用糊化淀粉,淀粉糊化温度和糊化时间分别为80℃和30min;以单体含量为基准,淀粉含量5%,膨润土含量5%,引发剂和交联剂的含量分别为0.30%和0.06%;丙烯酰胺为丙烯酸含量的40%;丙烯酸中和度为90%;反应温度为70℃。 高氧化度淀粉高吸水性树脂:氧化木薯淀粉以高氧化度木薯淀粉为宜,糊化温度60℃;以单体含量为基准,高氧化度淀粉含量为10%,膨润土含量为5%,引发剂和交联剂的含量分别为0.30%和0.05%;丙烯酰胺为丙烯酸含量的30%,反应时间为3h左右。 WP=3 反相悬浮法合成的玉米淀粉高吸水性树脂:环己烷为分散介质;斯盘-60和吐温-80为分散剂;加料方式为将配置好的混合液加入反应体系中搅拌、混合后,再向反应体系中缓慢滴加溶解了亚硫酸氢钠的氢氧化钠溶液;环己烷和水的油水比为3∶1;斯盘-60和吐温-80质量比为2∶1,它们的含量为环己烷含量的4%;以单体含量为基准,膨润土含量为4%,引发剂含量和交联剂含量分别为0.20%和0.03%;丙烯酰胺为丙烯酸含量40%;反应时间为3h。 对反相悬浮聚合法和水溶液聚合法合成工艺进行了比较。采用反相悬浮聚合法会降低所合成的淀粉类高吸水性树脂吸水能力,但是,聚合过程稳定,不存在粘锅现象,反应容易控制,并且,后处理过程简单,省去了切片过程。在工业化生产上具有较好的应用前景。 研究了三种淀粉类高吸水性树脂对不同溶液的吸收性能,以及重复吸水能力和粒径对吸水能力的影响。研究发现:所合成的淀粉类高吸水性树脂的膨胀现象可以用Flory膨胀理论加以解释,但是淀粉类高吸水性树脂的膨胀行为又不完全符合Flory膨胀理论。在电解质溶液中,对于同一种阴离子或阳离子,吸水能力随着反离子电荷数的增加而减小。在醇溶液中,一元醇分子越大,吸收能力越低,多元醇溶液中的吸收能力高于一元醇。pH=7时具有最大的吸收能力。能够重复吸水,并且粒径越小,吸去离子水速度越快,吸水能力越大。 研究了三种淀粉类高吸水性树脂在自然状态和加压状态下的保水性能。研究发现:在自然状态下,随着放置时间的增长,三种淀粉类高吸水性树脂饱和吸水后的凝胶会缓慢地释水。在加压状态下,随着压力的增加,凝胶也会缓慢失水。三者中,高氧化度淀粉高吸水性树脂保水性能最优。 应用研究表明:向沙土中添加所合成的三种淀粉类高吸水性树脂均能有效地提高沙土的吸水能力。随着淀粉类高吸水性树脂用量的增加,混合沙土含水量增大。在相同的混合比例下,混合高氧化度淀粉高吸水性树脂的沙土具有最高饱和吸水倍数。并且,在相同的干燥条件下,其含水量亦最高。添加淀粉类高吸水性树脂能改善沙土的粒径,但是其本身的粒径变化对混合沙土粒径的影响不大。
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