淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂的分析研發(fā)

1、第八屆“挑戰(zhàn)杯” 遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂的研究學(xué) 校：遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院系 別：石油化工系班 級：石化 0454 指導(dǎo)教師：付麗麗 學(xué)生姓名：宋延達(dá)13同 組 人：張鵬飛、張宏偉淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂的研究宋延達(dá) 張鵬飛 張宏偉遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院摘要： 本論文采用溶液聚合法合成高吸水性樹脂。先將淀粉糊化，將丙烯酸用氫 氧化鈉部分中和后加入到糊化后的淀粉中，用水溶性的過硫酸銨做引發(fā)劑，在一 定的反應(yīng)溫度和時(shí)間下，得到淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂，其吸水率為853g/g。本文也探討了原料配比、反應(yīng)條件等對吸水率的影響，確定最佳反應(yīng)條 件。 矚

2、慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。關(guān)鍵詞： 高吸水性樹脂；淀粉；丙烯酸；接枝共聚淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂，主要以淀粉為骨架，通過與丙 烯酸接枝共聚形成，由于淀粉來源豐富，價(jià)格低廉，安全衛(wèi)生，并且 可以降解，因此研究和開發(fā)淀粉系高吸水性材料很有意義 。 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛 氌譴凈。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 主要原料淀粉（干燥后使用） ，丙烯酸（化學(xué)純），氫氧化鈉（化學(xué)純） ， 過硫酸銨（分析純）。1.2 制備方法在裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計(jì)的四口瓶中加入 4g 淀粉和水， 加熱至一定溫度，進(jìn)行攪拌糊化，糊化一段時(shí)間后，降溫，用一小燒 杯稱取一定量丙烯酸，然后用濃度為 7.5mol/l 的氫氧化鈉溶液中和至 設(shè)定

3、中和度，冷卻后加入到四口瓶，加入引發(fā)劑，攪拌、升溫、反應(yīng)， 將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、洗滌、抽濾、真空干燥后，進(jìn)行性能的測定。 殘騖樓 諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。1.3 性能測定1.3.1吸水率的測定吸水率是指一克吸水劑所吸收去離子水的量1。Q =（ m2 m1） /m1式中：Q吸水倍率（g/g）;m1樹脂未吸水的質(zhì)量（g）;m2樹脂充分吸水后的質(zhì)量（g）。1.3.2保水率的測定 稱取一定量充分吸水的樹脂凝膠，放入恒溫烘箱中，測定不同時(shí) 間內(nèi)樹脂凝膠的質(zhì)量2。B=（m/m2）100%式中：B樹脂的保水率（%）;m1定時(shí)脫水后的樹脂凝膠質(zhì)量（g）;m2吸水飽和的樹脂凝膠質(zhì)量（g）。2結(jié)果與討論2.1糊化溫度對吸水率

4、的影響糊化溫度主要影響糊化效率，淀粉的活性，進(jìn)而影響聚合物分子 量的大小，影響吸水效率。圖1糊化溫度對吸水率的影響xlg/g( 水吸由圖1可知，淀粉的最佳糊化溫度為 90C，此時(shí)吸水率最大。這 是由于糊化溫度低時(shí)，淀粉的活化效果不佳，接枝共聚反應(yīng)不易發(fā)生, 聚合物分子量小，故吸水率較低。而糊化溫度過高，淀粉結(jié)構(gòu)會遭到 破壞，吸水率降低 。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。2.2糊化時(shí)間對吸水率的影響糊化時(shí)間對吸水率的影響如圖2所示。水吸30405060708090糊化時(shí)間(min)圖2糊化時(shí)間對吸水率的影響由圖2可以看出糊化時(shí)間為60min時(shí)吸水率最大。這是因?yàn)楹?時(shí)間短時(shí)，糊化效果不完全，淀粉的活性

5、低，接枝共聚反應(yīng)不易發(fā)生, 故吸水率較低；糊化時(shí)間過長，容易發(fā)生副反應(yīng)，破壞淀粉結(jié)構(gòu)，吸 水率也會降低 。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。2.3丙烯酸的用量對吸水率的影響900水吸800 _700 _600 _500 _4050607080丙烯酸用量（g）圖3丙烯酸用量對吸水率的影響本實(shí)驗(yàn)中固定淀粉用量為4g,改變丙烯酸的用量來考察其對樹脂 吸水率的影響。由圖3可知，丙烯酸的用量為60g，即淀粉與丙烯酸的質(zhì)量比為 1/15時(shí)，吸水率較大，這是由于丙烯酸用量較小時(shí)，接枝率較低，親 水基團(tuán)較少，吸水率較低。丙烯酸用量過多時(shí)，均聚物增加，產(chǎn)生大 量反應(yīng)熱，不易及時(shí)散失，容易產(chǎn)生爆聚，導(dǎo)致吸水率下降 。謀蕎摶

6、篋飆鐸懟類蔣薔。2.4水的用量對吸水率的影響水作為溶劑，它的用量（淀粉用量固定為 4g）主要影響反應(yīng)的散 熱情況和聚合物分子量的大小，也影響生產(chǎn)效率和后干燥處理。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。90080701605040300200 80100 120140160水的用量（g）圖4水的用量對吸水率的影響由圖4可知，水的用量為120g （即淀粉與水的質(zhì)量比為1/30）時(shí), 吸水率較大，這是由于在聚合中，水的用量過大時(shí)，聚合反應(yīng)速率慢， 聚合物分子量小，甚至溶于水，故吸水率較低。而且由于水的用量大， 生產(chǎn)效率低，同時(shí)也給后面的干燥工序增加負(fù)擔(dān)。水的用量小時(shí)，由 于聚合過程中散熱困難，產(chǎn)生副交聯(lián)，而使吸水率

7、降低 。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈 淚。2.5引發(fā)劑用量對吸水率的影響弓I發(fā)劑的用量不僅影響反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、分子量的大小，而且 會影響到反應(yīng)是否會發(fā)生爆聚，固定其他條件不變，改變引發(fā)劑用量 考察其對吸水率的影響 。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。900圖5引發(fā)劑用量對吸水率的影響由圖5可知，引發(fā)劑用量為0.1g時(shí)，吸水率比較大，此值為引發(fā) 劑用量的最佳值。這是由于引發(fā)劑用量較小時(shí)，反應(yīng)活性中心少，反 應(yīng)速度慢，甚至不反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率及交聯(lián)均勻度低，故吸水率也低。 而且由于引發(fā)劑少，引發(fā)反應(yīng)困難，誘導(dǎo)期相對較長，造成反應(yīng)積累 到一定程度突然快速反應(yīng)，產(chǎn)生爆聚。引發(fā)劑用量太多時(shí)，反應(yīng)活性 中心多，反應(yīng)速度快，反

8、應(yīng)轉(zhuǎn)化率也較高，但引發(fā)劑用量過多會增加 大分子自由基終止的機(jī)會，使分子量下降，鏈端數(shù)目增加，甚至?xí)?現(xiàn)水溶性，從而使吸水劑的吸水率降低。由于反應(yīng)速率快，產(chǎn)生大量 反應(yīng)熱，不易及時(shí)散失，容易導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生爆聚 ?；[叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。2.6中和度對吸水率的影響從吸水機(jī)理可知，親水基團(tuán)是高吸水性樹脂能夠完成吸水過程的 原動力。丙烯酸的中和度直接影響到樹脂分子鏈上的親水基團(tuán)的數(shù)目 多少，從而影響到聚合物的吸水能力 。 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。由圖6可知，最佳中和度為71%，此時(shí)吸水率最大。這是因?yàn)橹?和度低時(shí)，該液酸性大，聚合速率快，易引起爆聚，產(chǎn)生酸酐副交聯(lián) 且聚合物分子鏈上的- COOH基電離程度

9、低，分子鏈及網(wǎng)絡(luò)在吸水時(shí) 呈收縮狀態(tài)，產(chǎn)生滲透壓和親和力均小，故吸水率小。隨著中和度的 增加，分子鏈上電離的一coo-基增加，由于一coo-基的排斥作用,分子鏈伸直，網(wǎng)絡(luò)膨脹，同時(shí)產(chǎn)生的親和力增強(qiáng)，滲透壓增大，因而 吸水率增加。中和度過高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的離子濃度較大，水分子和 離子之間的氫鍵既多又強(qiáng)，由于氫鍵具有方向性，用氫鍵結(jié)合的水分 子在空間上有一定的取向，相鄰的氫鍵彼此干擾排斥，此外，相鄰的 帶電羧基基團(tuán)亦相互排斥，限制分子鏈的自由運(yùn)動，使聚合物的微孔 不能充分發(fā)揮其貯水能力，故聚合物的吸水率較低 。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。圖6中和度對吸水率的影響/g率水吸2.7反應(yīng)溫度對吸水率的影響反應(yīng)

10、溫度主要影響聚合反應(yīng)速率，同時(shí)也影響聚合物的分子量和 反應(yīng)是否出現(xiàn)爆聚。反應(yīng)溫度C)zarg 率水吸圖7反應(yīng)溫度對吸水率的影響由圖7可以看出最佳反應(yīng)溫度為50C，此時(shí)吸水率最大。這是因 為反應(yīng)溫度低時(shí)，反應(yīng)速率慢，反應(yīng)所需的時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，而 且因?yàn)闇囟鹊停l(fā)劑分解速度慢，引發(fā)誘導(dǎo)期時(shí)間長，反應(yīng)積累到 一定階段會突然爆聚，故吸水率較低；反應(yīng)溫度升高，體系粘度下降, 單體易于分散，而且有利于引發(fā)劑的分解，單體轉(zhuǎn)化率高，吸水率增 加；但溫度過高聚合物分子量小且分布不均勻，導(dǎo)致吸水率降低；溫 度過高，體系熱難以散去，造成局部產(chǎn)物自交聯(lián)，降低吸水率；溫度 過高，引發(fā)劑分解速度快，反應(yīng)速率較快，生

11、產(chǎn)的反應(yīng)熱散失困難， 容易產(chǎn)生爆聚 。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.8反應(yīng)時(shí)間對吸水率的影響其它條件不變，考察反應(yīng)時(shí)間對吸水率的影響。圖8反應(yīng)時(shí)間對吸水率的影響由圖8可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加吸水率逐漸增加，達(dá)到 60min時(shí)，吸水率達(dá)到最高值，再延長反應(yīng)時(shí)間吸水率有所下降，符 合自由基反應(yīng)規(guī)律。反應(yīng)開始時(shí)延長反應(yīng)時(shí)間可以增加聚合程度。反 應(yīng)到60min后，反應(yīng)趨于平衡，達(dá)到穩(wěn)態(tài)聚合階段，自由基生成速率 與消失速率相等，構(gòu)成了動態(tài)平衡，即不受反應(yīng)時(shí)間長短的影響，但 反應(yīng)時(shí)間過長，會造成樹脂降解，分子量變小，降低吸水率訊顎輪爛薔。2.9不同溫度下保水率與時(shí)間的關(guān)系表1不同溫度下保水率與時(shí)間的關(guān)系

12、序號時(shí)間(h)保水率(%)40 r60 r80 r11929087228785833383787644757372注：表1中的數(shù)據(jù)是用最佳配比制得的吸水劑由表1可以看出，淀粉接枝丙烯酸的保水性較好，即使在80C經(jīng) 4h仍能保持72%的水分。同一時(shí)間里，40C、60C、80C的保水率呈 遞減趨勢 。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.10樹脂的回收再利用淀粉接枝丙烯酸類咼吸水性樹脂在第一次吸水后最咼吸水率為 853g/g。將吸過水的樹脂用烘箱烘干，再次吸水后其吸水率為748g/g。 由此可以證明，淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂可以回收再利用。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3結(jié)論(1)淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂是

13、采用溶液聚合法，以過硫酸銨 為引發(fā)劑合成的高吸水性樹脂。原料最佳配比(質(zhì)量比)為：淀粉 炳烯酸=1/15，淀粉冰=1/30，淀 粉/引發(fā)劑二40/1,淀粉的最佳糊化溫度為90C，最佳糊化時(shí)間為60min, 最佳中和度為71%;最佳反應(yīng)溫度為50C ;最佳反應(yīng)時(shí)間為60min。 在以上條件下合成的產(chǎn)品的吸水率為 853g/g。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。產(chǎn)品的保水率較好，在80C, 4h的條件下仍能保持72%的水份。(4)本吸水材料吸水后可以再利用參考文獻(xiàn)1 默麗敏，王錫臣，頂愛民，現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用， 2000，12(2)，2123。 2 遲克彬，陜西化工， 2000，29(2)，3638。Super

14、 absorbent resin of starch grafted acrylic acid 買鯛 鴯譖曇膚遙閆擷凄。SongYan-da Zhang Peng-fei Zhang Hong-weiLia oning petrochemical vocati onal and tech no logy college綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。Abstract : Solution polymerization was adopted to synthesize super absorbent resin. The starch was first dextrinized and mixed with the solution of acrylic acid partly neutralized by sodium hydroxide. The super absorbent resin of starch grafted acrylic acid was obtained under a certain temperature and reaction time with ammonium persulfate as initiator. The absorbent ratio of the resin is 853g/g. T