第3期汪娟,等淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺影響因素的研究淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺影響因素的研究汪娟,任皞(濟南大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,山東濟南250022)摘要:探索了以過硫酸鉀為引發(fā)劑以NN,-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑將淀粉與丙烯酰胺丙烯酸在水溶液中豪合制備高吸水性樹脂。結(jié)果表明:當(dāng)m(丙烯酰胺):m(丙烯酸)為1:24,單體總用量為12g反應(yīng)溫度30℃,反應(yīng)時間2h,丙烯酸中和度94%引發(fā)劑用量0.02g,交聯(lián)劑用量為00015g時,可以合成具有較好的吸水性的高吸水性樹脂在蒸餾水中吸水倍率可達699.99g/關(guān)鍵詞高吸水性樹脂;內(nèi)烯酸;丙烯酰胺:淀粉中圖分類號:TQ926.4;TB324文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1008-021X(2009)03-0019-04Study on the Influencing Factors of Mealie Starch Grafting acid-acrylate/ acrylamideWANG Juan, REN HaoSchool of Chemistry and Chemical Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China)Abstract: A kind of high-performance water-absorbent resin had been successfully synthesized by asimple method using potassium pesulfate as initiator, N, N'-Methylenebisacrylamide as crosslinker, andstarch, acrylamide and acrylic acid as raw materials reaction in aqueous solution. The results indicatedthat when the dosage of monomer was 12 g, reaction temperature was 30C, reaction time was 2h, theneutralization of acrylic acid was 94%, the initiator was 0. 02g, and crosslinker was 0. 0015g, the highperformance water-absorbent resin could be obtained. The suction water ratio of the product in distilledwater could be reached 699. 99g/gKey words: high- performance water-absorbent resin; acrylic acid; acrylamide; starch高吸水性樹脂是一種20世紀60年代初問世的稱取2g可溶性淀粉在50℃水浴中糊化,20功能性材料。按原料主要分為淀粉系纖維素系和min后,放入適量中和度的丙烯酸(鉀),丙烯酰胺,合成樹脂系。由于淀粉來源廣泛,種類繁多,產(chǎn)引發(fā)劑,交聯(lián)劑,在氮氣保護下按實驗條件開始反量豐富,價格低廉,而且淀粉接枝共聚吸水性材料與應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后,放入80℃干燥箱中干燥至恒重。環(huán)境相容性好因此,研究和開發(fā)淀粉系高吸水性樹1.2.2丙烯酰胺用量的選擇脂具有廣闊的前景2-3)。本文采用水溶液聚合法制在基本實驗條件下,改變丙烯酰胺用量。備了淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺共聚物。1.23正交實驗設(shè)計(如表1)實驗部分1.2.4吸水倍率的測試1.1試劑與儀器稱取一小塊干燥后產(chǎn)物(m1),放入蒸餾水中靜可溶性淀粉(玉米):分析純,天津市科密歐化置待吸水飽和后,過孔徑150μm(100目)篩,15min學(xué)試劑開發(fā)中心;丙烯酸:化學(xué)純天津市科密歐化后稱其質(zhì)量(m2),按下式計算吸水倍率:學(xué)試劑開發(fā)中心;氫氧化鉀:分析純,天津市凱通化Q=(m2-m1)/m1×100%學(xué)試劑有限公司;過硫酸鉀:分析純天津市四通化1.2.5正交實驗補充實驗工廠;N,N,一亞甲基雙丙烯酰胺:化學(xué)純國藥集采用正交實驗得出的最佳反應(yīng)條件,合成吸水團化學(xué)試劑有限公司樹脂。101-1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海路達實驗1.2.6紅外光譜表征儀器有限公司;TG328B電光分析天平,上海天平儀將淀粉和吸水性樹脂充分干燥,用溴化鉀壓片器廠;J-1型定時電動攪拌器,江蘇中大儀器廠;測其紅外光譜圖。TENSOR27型傅立葉變換紅外光譜儀,德國。2結(jié)中國煤化工1.2實驗步驟2.1CNMH影響1.2.1高吸水樹脂的合成收稿日期:2009-03-05作者簡介:汪娟(1982-),女,山東濟南人,碩土;任皞(1965-),男,遼寧沈陽人,教授博士,碩士生導(dǎo)師通訊聯(lián)系人,聯(lián)系方式:mhf@163.com化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷表1正交實驗水平因素表單體溫度時間中和度引發(fā)劑交聯(lián)劑h%/01234301.0860.010.0009401.5880.020.00112.0900.03602.5920.040.00150.050.0017m(AM): m(AAw喪2正交實驗分析表圖1單體質(zhì)量比值的影響單體溫度時間中和度引發(fā)劑交聯(lián)劑吸水倍率由圖1可以看出,丙烯酰胺的加入在某個范圍82.67內(nèi)可以提高樹脂的吸水率。在共聚單體組成中,由33462.92于離子化度不同而影響樹脂的吸水性能。丙烯酰胺49中一CONH2基團是非離子基團,在水中離解程度536.666212345388.02較小,因而受離子的影響小,故聚合物中酰胺基的存2.99在由于多種基團的協(xié)同作用可提高樹脂的吸水性220.43但若用量太多,由于-CONH2的親水性不及523465.22COoNa,因而樹脂的吸水性能降低。2.2正交實驗分析12345457.622.2.l正交實驗分析表(見表1,表2)08.272.2.2單體用量的影響153410.544491.1425476.81194219.4935.614355.47335,48圖2單體總用量的影響從圖2中可以看出,丙烯酸和丙烯酰胺用量在K12628357.00317.08316930805174.0912g時吸水比率最高12g以后隨著單體用量的增加x234.6037952319.%35.2944.9280.52吸水倍率降低。單體在一定范圍內(nèi)增多,則生成的K3434.56364.78385.77368.75332.7539%6共聚物增多,交聯(lián)越好吸水效果也就越好K430709296.9311.70330.49290.69441.88K5299.00253.26317.38262.31250.05329.922.2.3反應(yīng)溫度的影響極差168.238126.2614.0106.4419.89267.9后,由于鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)的加快,使接枝聚合率下降,從而使吸水率降低。。2.24反應(yīng)時間的影響truro"℃圖3反應(yīng)溫度的影響從圖3可以看出本實驗的最佳聚合溫度為40℃,因為溫度太低不利于引發(fā)劑的分解,產(chǎn)生的中國煤化工活性自由基較少,不利于接枝率的增加,產(chǎn)生的高CNMHO響分子鏈太長,導(dǎo)致產(chǎn)品的吸水率降低,但超過40℃圖4可以看出,聚合時間以2h為宜,反應(yīng)時第3期汪娟,等:淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺影響因素的研究間過長樹脂吸水率降低,可能是由于交聯(lián)密度增大反應(yīng),導(dǎo)致交聯(lián)密度的增加,相對分子質(zhì)量降低,可的原因。當(dāng)聚合時間過短時,由于聚合反應(yīng)不完全,能還會使活性中心來不及螢合便終止,使得淀粉上聚合產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量較低溶脹后網(wǎng)絡(luò)空間接枝的鏈多為短鏈,無法形成有效的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)小,故樹脂的吸水率降低。構(gòu)01,使吸水率也趨于減少。另外剩余的引發(fā)劑2.2.5中和度的影響也會作為電解質(zhì)殘存于樹脂中使吸水率降低。2.2.7交聯(lián)劑用量的影響圖5丙烯酸中和度的影響圖7交聯(lián)劑用量的影響由圖5可知,中和度對產(chǎn)物的吸水率有較大影從圖7可以看出,交聯(lián)劑用量為0.0015g時,響中和度為90%時吸水率較高。增加中和度,實吸水率最高,這是因為交聯(lián)密度低,水分子容易滲入質(zhì)上是增加反應(yīng)體系中-C0離子的濃度,而樹脂中使樹脂膨脹,進一步親水而凝膠化,成為高吸COOK在水中的離解能力是遠遠大于-coOH水狀態(tài)。分子鏈越長,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越大溶脹體積越的,所以-C00K增多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)更多離子化大吸水量越多,但交聯(lián)密度不能過低,否則會使產(chǎn)的-C00°,網(wǎng)絡(luò)鏈上羧酸根陰離子增多有利于鏈品溶于水。最好是在不溶于水的情況下處于最低交的伸展,而且不同鏈之間的斥力也增強,所以聚合網(wǎng)聯(lián)度1-絡(luò)的擴展推動力增大吸水率增大;然而隨著中和度2.2.8極差分析的增加,體系中K‘對羧酸根陰離子的屏蔽效應(yīng)逐通過正交實驗分析,六個因素中對產(chǎn)品吸水性漸明顯,而這種屏蔽效應(yīng)將削弱鏈與鏈之間或同鏈的影響由大到小依次是:交聯(lián)劑>引發(fā)劑>單體總上相鄰羧酸根陰離子的排斥力,使網(wǎng)絡(luò)的擴展推動用量>溫度>中和度>反應(yīng)時間力減少所以中和度過大時吸水率反而降低。23正交實驗補充實驗分析2.2.6引發(fā)劑用量的影響采用各因素單項實驗得出的最佳反應(yīng)條件,合成的吸水樹脂吸水率不高于480/g。不及正交實驗11產(chǎn)物的吸水倍率,正交11的條件為最佳24紅外光譜表征tator freni圖6引發(fā)劑用量的影響粉接枝肉烯酸/酸從圖6可以看出,當(dāng)引發(fā)劑用量小于0.02g時,隨著引發(fā)劑用量的增加,吸水率增加,當(dāng)引發(fā)劑用量超過0.02g以后吸水率反而下降。引發(fā)劑用量直接影響到聚合物的相對分子質(zhì)量圖8可溶性淀粉及其接枝丙烯酸/丙烯酰胺的紅外譜圖和自交聯(lián)程度,引發(fā)劑既能引發(fā)淀粉與單體的接枝紅外光譜圖(圖8)分析表明,二圖均在聚合反應(yīng),也能引發(fā)單體均聚,引發(fā)劑用量越低,反3490cm出現(xiàn)-OH的特征峰。合成的吸水樹脂的應(yīng)溫度越低,反應(yīng)速率慢,反應(yīng)時間越長,自交聯(lián)較圖譜凵中國煤化工1571cm、1714小,樹脂的可溶部分增加,吸水率低;引發(fā)劑用量過cmCNMHG伸縮振動吸收譜大,容易導(dǎo)致與接枝鏈活性末端的偶合,加速鏈終止帶,這是接枝的丙烯酸丙烯酰胺的特征吸收山東化SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2009年第38卷在1407cm出現(xiàn)伯酰胺的C-N伸縮振動譜帶,這是研究[J]高分子材料科學(xué)與工程.1995,11(3):98接枝丙烯酰胺的特征吸收峰。以上就是接枝的證明。3結(jié)論[8]趙小英,王會霞郭鴻涌.應(yīng)用ISA總線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集[J].河北科技大學(xué)學(xué)報,2001,22(4):13-16通過正交實驗得出最佳工藝:單體用量為12g,[9]葛艷蕊張炳燭馮薇等高吸水性樹脂的制備及其表反應(yīng)溫度為30℃,反應(yīng)時間為2h,丙烯酸中和度為征[J].河北科技大學(xué)學(xué)報,2006,27(4):285-28794%,引發(fā)劑用量0.02g,交聯(lián)劑用量為0.0015g。[10]徐偉亮,王小東陳建峰聚丙烯酸吸水樹脂的反相懸影響最大的因素為交聯(lián)劑用量。浮聚合的研究[J].化學(xué)世界,2000(4):202-204參考文獻[11]彭小敏廖丹葵童張法兩種不同引發(fā)劑在木薯淀粉[1〕王曉偉張螂高吸水性聚丙烯酸鈉樹脂的合成與性能接枝丙烯酸反應(yīng)的研究[J].化工技術(shù)與開發(fā).2004,研究[]科技信息,2007(18):278-27933(3):1-42]王解新陳建定.高吸水性樹脂研究進展[J功能高分2]周錳,林建明李國清等淀粉接枝共聚丙烯酰胺制子學(xué)報,1999,12(2):211-216.造超強吸水劑研究[J]華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),3]劉全校楊淑蕙,王傳國.高吸水性樹脂[門天津造紙2000,20(4):362-365.2000(1):24-26[13] Suda K, Mongkolsawat K, Sonsuk M, Synthesis and[4]唐宏科陳琦淀粉接枝丙烯酸/醋酸乙烯酯高吸水性property characterization of cassava starch grafted poly樹脂的制備[].合成化學(xué),2007,15(5):643-646acrylamide -co-( maleic acid ) superabsorbent via[5]陳夫山,鞏倩木薯淀粉接枝AA∥AM高吸水樹脂合成g-iradiation[ J]. 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