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高吸水性树脂是一类新型的功能性高分子材料。由于其独特的吸水、保水性能,在医药卫生、农林园艺、荒漠治理等方面获得了广泛的应用。本文以马铃薯淀粉为原料,用水溶液聚合法与部分中和的丙烯酸(AA)单体进行接枝共聚,制备淀粉基高吸水树脂。经过对比优选出两种性能良好的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和无水氯化铝(AICl3),制备出两种各具特色的树脂产品。
本论文首先对马铃薯淀粉进行研究,预备实验研究了马铃薯淀粉的提取工艺,得到斑点,酸度远远优于优级品食用马铃薯淀粉标准的马铃薯淀粉。干燥淀粉的过程中,通过扫描电镜发现了湿淀粉在接近糊化温度下加热鼓风干燥会发生轻度糊化,此时淀粉颗粒的整体形貌不会发生变化,只是颗粒表面发生了龟裂的现象。同时分离了马铃薯直链淀粉和支链淀粉,为后续实验提供了原料。
其次,制备了MBA交联高吸水树脂。在氮气保护的条件下,研究了马铃薯淀粉与丙烯酸(AA)单体的反应温度、糊化加水量、糊化温度、糊化加氢氧化钠量、单体中和度,淀粉-单体配比因素对接枝产物树脂吸液能力的影响,并对比了过硫酸钾、过硫酸钾,亚硫酸氢钠两个不同引发体系以及四个的交联体系(MBA、三氯化铝、甘油和环氧氯丙烷)得到的接枝产物的吸液能力。实验结果表明,在40℃下糊化,糊化加水量比为6g/g淀粉,糊化氢氧化钠量比为3mmol/g淀粉,引发剂过硫酸钾为3mL,交联剂MBA为1.5mL,反应温度为65℃,m(淀粉):m(单体)为1:6,反应时间为1.5h,此条件下得到的接枝产物吸液率最高,吸水率达到713g/g,吸盐水率为53g/g。
接着,制备了AlCl3交联高吸水树脂。对聚合条件的研究表明,最佳反应条件是反应温度为65℃,引发剂过硫酸钾为3mL,交联剂AlCl3为2mL,m(淀粉):m(丙烯酸单体)为1:6,丙烯酸中和度为70%,所制得的吸水剂吸水倍数最大,达到1440g/g。支链淀粉含量大的淀粉作为原料得到的吸水树脂吸水率更高。
最后,对树脂产品进行表征和应用性能测定。红外光谱证明四种交联产物同时具有淀粉和聚丙烯酸的特征峰;紫外光谱证明了Al3+的配位键的存在;热分析、扫描电镜、X-射线衍射检测也对SAP的结构进行表征;所有研究都表明了丙烯酸已成功接枝到淀粉链上。对两种树脂产品作应用性能研究表明,树脂具有良好的吸水、保水性能。比较两种树脂产品可以看出,两种树脂各有特色,实际应用中,可以根据不同情况,选用不同的树脂。