高吸水树脂食品干燥剂的制备与研究

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目前,市场上许多食品包装袋内都会有一小袋包装的干燥剂,这种干燥剂主要用来除去食品中的水分,防止食品受潮変腐变坏。食品中硅胶和生石灰作为主要原料的干燥剂比较常见。它们虽然吸湿性较好,但是并非十分的安全,尤其对于儿童来说,我们经常可以在新闻报道中看到干燥剂对儿童造成的以外伤害。这些伤害主要来源于生石灰的遇水放热现象,虽然近些年也有不少硅胶干燥剂慢慢替代了生石灰干燥剂,但是价格相对昂贵很多。所以希望通过研究找出健康环保且价格低廉的新型干燥剂。通过查阅众多文献,发现丙烯酸系高吸水树脂有可能达到健康环保、价格低廉、吸水性好且可以工业化生产的多种要求。本文以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为原料,通过紫外光照射的方法使其发生聚合反应,将羧甲基淀粉钠(CMS)接枝到丙烯酸系高吸水复合树脂上。此实验采用了安息香二甲醚(BDK)作为光引发剂,聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)作为交联剂,用以合成CMS/P(AA-co-AM)高吸水树脂。并对CMS加入量、AM加入量、BDK加入量、PEGDA加入量、AA中和度以及紫外光照射时间做以详尽的单因素分析。另通过响应面分析优化其实验结果,并根据优化结果重新做试验验证,最终得出,当AA质量为0.60g时,在CMS加入量与AA质量为1:11.3,AA中和度为70%,BDK占AA质量比为0.17%,PEGDA占AA质量为0.54%,AM占AA质量36%,紫外光照射时间为15min条件下,试验达到最优结果,此时,CMS/P(AA-co-AM)高吸水树脂在蒸馏水中的吸水率可达到1770.89g/g,在0.9wtNaCl溶液中的吸水率可达到65.13g/g。在制得CMS/P(AA-co-AM)高吸水树脂的最佳工艺基础上,对此复合高吸水树脂进行了表征分析。通过红外光谱分析(IR)、热重/差重分析(TG/DTA)、扫描电镜分析(SEM)可以较为清楚直观的了解到CMS/P(AA-co-AM)高吸水树脂内部疏松多孔的结构、以及构成这种结构的化学骨架。从而佐证CMS/P(AA-co-AM)高吸水树脂高吸水性的原因。另外,试验还通过对于复合高吸水树脂吸水率的探究,结合吸水动力学,验证了该复合吸水树脂吸水过程符合第二动力学模型公式。与上述试验方法及试验分析相同,将玉木耳作为试验材料,与丙烯酸/丙烯酰胺进行接枝聚合反应,同时用单因素方法探究玉木耳用量、AM用量、BDK用量、PEGDA用量、AA中和度及紫外光照时间对该复合吸水树脂吸水率的影响,得出较优的反应条件,并通过响应面对玉木耳加入量、BDK加入量、PEGDA加入量进行分析,进一步论证了其对吸水率影响的显著性,另得出最佳工艺优化结果。当AA为0.60g,蒸馏水为0.98g,玉木耳与AA质量比为1:12.6,丙烯酸中和度70%,AM质量占比36%,BDK占AA质量比0.15%,PEGDA占AA质量比0.64%时,玉木耳/P(AA-co-AM)复合高吸水树脂吸水率最高,此时,玉木耳/P(AA-co-AM)复合高吸水树脂在蒸馏水中最佳吸水率为559.33g/g;在0.9wt%NaCl溶液中,玉木耳/P(AA-co-AM)复合高吸水树脂最佳吸水率为54.19g/g。试验再次通过红外光谱分析、热重/差热分析、扫描电镜分析对玉木耳/P(AA-co-AM)复合高吸水树脂进行表征分析。结论符合此高吸水树脂宏观吸水性能特征。并且吸水过程符合第二动力学模型公式。最后,对上述两种最佳条件下的复合高吸水树脂进行吸湿性及毒理学试验。在吸湿性试验中,将制备的复合高吸水树脂与市面上常见的干燥剂——硅胶、分子筛、蒙脱石在温度25℃,湿度99%的密闭条件下进行吸湿性对比,结果表明,吸湿性能CMS/P(AA-co-AM)>玉木耳/P(AA-co-AM)>分子筛>硅胶>蒙脱石,并且差异显著。
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