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本文利用鱼蛋白生物高分子的可降解性,以丙烯酸(钠)、丙烯酰胺、丙烯酸铵其中的一种或两种作为单体原料,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵为引发剂,通过水溶液聚合法,将丙烯酸(AA)或丙烯酰胺(AM)两种单体接枝到易生物降解的鱼蛋白上,分别合成了鱼蛋白接枝聚合丙烯酸钠(FP-g-PAA)、鱼蛋白接枝共聚丙烯酸和丙烯酰胺(FP-g-P(AA-co-AA))、鱼蛋白接枝聚合丙烯酸铵(FP-g-PAA)三种新型可生物降解性高吸水剂。通过考察对各因素产品吸(盐)水的性能测试,得出该三种新型高吸水剂聚合反应的最佳试验条件(各因素相对于丙烯酸的百分数)如下:
FP-g-PAA:引发剂用量为1.0%,交联剂用量为0.06%,鱼蛋白用量为10%,丙烯酸中和度为80%,单体质量分数为20%。在此条件下制备的高吸水剂其吸水倍率达1120g.g-1,吸盐水倍率达105g.g-1。
FP-g-P(AA-co-AM):引发剂用量为1.0%,交联剂用量为0.025%,鱼蛋白用量为7.5%,丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为1.8:0.2,丙烯酸中和度为90%,单体质量分数为18%。在此条件下制备的高吸水剂其吸水倍率达1061g.g-1,吸盐水倍率达136g.g-1。
FP-g-PAA:引发剂用量为1.2%,交联剂用量为0.06%,鱼蛋白用量为10%,丙烯酸中和度为100%,单体质量分数为18%。在此条件下制备的高吸水剂其吸水倍率达1236g.g-1,吸盐水倍率达176g.g-1。
利用红外光谱(FTIR)对其结构进行表征,表明产品是鱼蛋白与丙烯酸单体的接枝共聚物。
同时,通过对三种吸水剂的保水性能、吸液性能的试验研究,结果表明所合成的高吸水剂具有良好的吸液性能和高保水性。
研究对Cu2+、Ni2+、Fe3+和Cr3+重金属离子的吸咐,结果表明平衡吸附量顺序为:Cu2+>Ni2+>Fe3+>Cr3+。初始浓度为6.00mmol?L-1时的吸附量最大,此时FP-g-PAA吸水剂在Cu2+,Nr2+,Fe3+,Cr3+溶液中的最大吸附量分别为:297.1mg?g-1、212.3mg?g-1、161.1mg?g-1、106.4mg?g-1;FP-g-P(AA-co-AM)吸水剂的最大吸附量分别为:253.2mg?g-1、203.5mg?g-1、103.5mg?g-1、98.1mg?g-1。FP-g-PAA吸水剂吸附性能比FP-g-P(AA-co-AM)的较强。
为探讨各新型高吸水剂的动力学理论实质,研究了它们在水、盐水、酸碱溶液的溶胀动力学和消溶胀动力学,测试结果发现与纯聚丙烯酸吸水剂相比,引入鱼蛋白可以提高平衡溶胀率和延长消溶胀平衡时间(即保水性好),但溶胀平衡时间也延长。对高吸水剂溶胀和消溶胀过程的数据进行了非线性拟合,过程表明与数学模型t/Qt=a+bt相吻合。此模型适用于颗粒状吸水剂的所有溶胀和消溶胀过程,而且相关度均可以达到0.96以上。
本文研究了在食品干燥保鲜,重金属离子吸附及种子包衣的应用:
选用FP-g-PAA为研究对象,与变色硅胶进行比较,发现该吸水剂具有较大的吸湿容量和良好的吸湿稳定性,在88%±1%相对湿度下的平衡吸湿量达到了2.65g.g-1,保湿性能好,优于广泛使用的变色硅胶。
玉米种子经FP-g-PAA包衣后,提高了种子的萌发率、幼苗自由基清除相关酶的活性及自由基清除剂的含量,植物的H2O2与MDA水平得到有效降低,有效减轻了玉米幼苗的膜脂过氧化作用。其中以1:40包衣比时效果显著,表明该吸水剂能有效地缓解植物的干旱胁迫。
综上所述,该新型吸水剂在工农业上具有广泛的应用前景。