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1、聚丙烯酸高吸水性樹(shù)脂的制備 何 琪 琪摘 要淀粉類高吸水性樹(shù)脂,由于其降解性好,對(duì)環(huán)境友好,成為吸水樹(shù)脂領(lǐng)域的研究重點(diǎn),并取得了較大的研究成果。高吸水性樹(shù)脂或水凝膠是一類重要的部分交聯(lián)聚合材料,它能夠吸收大量的液體,通常是水。高吸水性樹(shù)脂的制備方法多種多樣,商業(yè)上,高吸水性聚合物主要是以丙烯酸作為主要成分來(lái)生產(chǎn)的。本文是以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑,將淀粉與丙烯酸、丙烯酰胺在水溶液中接枝聚合制備高吸水性樹(shù)脂,通過(guò)考察單體與淀粉、交聯(lián)劑、引發(fā)劑的質(zhì)量比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等不同的影響因素,探尋制備高吸水性樹(shù)脂的最佳工藝條件與方法,從而得到吸水率高、吸水性強(qiáng)且能夠多次反復(fù)有效吸水的高吸水性樹(shù)脂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

2、:當(dāng)單體與淀粉的質(zhì)量比為6-7,單體與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為3-3.5,引發(fā)劑占單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,反應(yīng)時(shí)間2.5-3h,反應(yīng)溫度60時(shí),可以合成具有較好吸水性能的高吸水性樹(shù)脂,在自來(lái)水中吸水倍率可達(dá)65-75g/g。關(guān)鍵詞:高吸水性樹(shù)脂;丙烯酸;丙烯酰胺;淀粉目 錄摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 論文選題緣由11.2 課題的研究背景11.2.1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展11.2.2 高吸水性樹(shù)脂的應(yīng)用21.2.3 高吸水性樹(shù)脂的性能研究41.3 51.4 61.5 今后產(chǎn)品研發(fā)的方向和展望7第2章 實(shí)驗(yàn)部分92.1 實(shí)驗(yàn)試劑92.2 實(shí)驗(yàn)儀器92.3 實(shí)驗(yàn)原理92.4 實(shí)驗(yàn)步驟10

3、2.4.1 丙烯酸中和102.4.2 淀粉糊化102.4.3 接枝共聚102.4.4 吸水能力測(cè)試102.4.5 接枝特征參數(shù)的計(jì)算10第3章123.1 123.2 133.3 143.4 163.5 17第4章 結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20致 謝21第1章 引 言1.1 論文選題緣由淀粉原料來(lái)源廣,種類多,產(chǎn)量豐富,用途廣泛。近年來(lái)隨著淀粉科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)淀粉進(jìn)行二次加工,改變其性質(zhì)使其更適于應(yīng)用的要求,這種二次加工的產(chǎn)品統(tǒng)稱為變性淀粉,淀粉接枝共聚是淀粉改性的重要方法之一。高吸水性樹(shù)脂(Super Absorbent Polymer,SAP)是一種含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性基團(tuán),并具有一定交聯(lián)度

4、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子聚合物1。它不溶于水,也不溶于有機(jī)溶劑,具有獨(dú)特的吸水和保水性能,同時(shí)具備高分子材料的優(yōu)點(diǎn),具有吸水容量大、速度快、保水能力強(qiáng)等卓越性能,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的吸水材料如紙、棉、海綿等2。由于SAP的用途極為廣泛,受到各國(guó)高度重視,可見(jiàn)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)SAP仍然有很重大的意義。1.2 課題的研究背景 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展自從1958年Mino和Kaizerman發(fā)現(xiàn)鈰()鹽引發(fā)烯類單體在淀粉上接枝以來(lái),人們對(duì)這種具有獨(dú)特性能的變性淀粉進(jìn)行了廣泛的研究。1974年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所的G. F. Fanta等人在前人合成淀粉接枝共聚物的基礎(chǔ)上,制得了淀粉接枝丙烯腈共聚物,引起了各國(guó)學(xué)者的濃厚興趣,此

5、后淀粉接枝共聚物逐漸成為一個(gè)獨(dú)立、新興的科研領(lǐng)域。近幾十年各國(guó)學(xué)者對(duì)這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛而深入的研究,涉及的國(guó)家有美、英、法、德、前蘇聯(lián)、意、日、印度和中國(guó)等十幾個(gè)主要國(guó)家。80年代初,淀粉接枝共聚在我國(guó)的研究才引起注意和重視。近年來(lái),接枝共聚淀粉以其應(yīng)用范圍的廣闊性,引起了不少專家學(xué)者的注意。目前國(guó)內(nèi)研究淀粉接枝共聚的文獻(xiàn)報(bào)道和專利層出不窮3。進(jìn)入80年代,由于日木、歐美等國(guó)紙尿片的迅速普及,高吸水性樹(shù)脂的用量也迅猛增加,各生產(chǎn)公司因而競(jìng)相采用不同的原料、不同的合成工藝進(jìn)行生產(chǎn),使高吸水性樹(shù)脂的品種除了早期的淀粉接枝聚丙烯腈類、淀粉接枝聚丙烯酸類外,還開(kāi)發(fā)了纖維素類、聚丙烯酸鹽類、醋酸乙烯類等

6、。合成方法從接枝共聚逐漸轉(zhuǎn)向多糖類的羧甲基化及親水性乙烯基單體的交聯(lián)聚合。到了90年代,高吸水性樹(shù)脂需求量繼續(xù)膨脹,平均年增長(zhǎng)率高30%40%,對(duì)其品種、合成途徑、性能及應(yīng)用領(lǐng)域等方面的研究日趨成熟。如在聚合實(shí)施方法上,采用了工藝較先進(jìn)的反相懸浮聚合代替水溶液聚合,反相懸浮聚合解決了水溶液聚合的傳熱、攪拌困難等問(wèn)題,且反應(yīng)條件溫和,副反應(yīng)少。目前,交聯(lián)聚合吸水性樹(shù)脂大多采用這一工藝。我國(guó)高吸水性樹(shù)脂的研制工作起步較晚,1982年中科院化學(xué)研究所的黃美玉等在國(guó)內(nèi)最先合成了聚丙烯酸鹽類的高吸水性樹(shù)脂。1983年上海大學(xué)研制的淀粉-丙烯酸共聚物(SDL-A-700,SDL-B-1000)等系列產(chǎn)品,

7、通過(guò)了上海高教局鑒定。1987年北京纖維研究所、紡織科學(xué)研究院與山東省濟(jì)寧化肥廠聯(lián)合研制出聚丙烯酸類的高吸水性樹(shù)脂,并建起國(guó)內(nèi)第一套100t/a的生產(chǎn)裝置。我國(guó)先后有40多家單位從事過(guò)這方面的研究。從1988年開(kāi)始有專利。但隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入,人民生活水平的提高,高吸水性樹(shù)脂的需求市場(chǎng)潛力十分巨大。20世紀(jì)90年代至今,高吸水性樹(shù)脂的合成研究和應(yīng)用就更為廣泛,在吸水劑的性能改進(jìn)和提高、制備方法的簡(jiǎn)化實(shí)用、應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬上進(jìn)展很快。欣凱等人以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑,環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑,先將丙烯酸鈉、丙烯酰胺進(jìn)行預(yù)聚,再加入淀粉的二步聚合法制備超強(qiáng)吸水劑,所得產(chǎn)品對(duì)去離子水及0. 9%食鹽水的吸

8、水率最高分別為2800g/g和160g/g,吸水速度快,可用作農(nóng)用保水劑、土壤改良劑和增粘劑,更適用于生理衛(wèi)生用品和紙尿布。 高吸水性樹(shù)脂的應(yīng)用由于高吸水性樹(shù)脂良好的吸水能力和保水性,農(nóng)業(yè)上用作土壤保水劑。只要在土壤中混入0.1%的高吸水性樹(shù)脂,土壤的干濕程度會(huì)得到很好的調(diào)節(jié),使作物長(zhǎng)勢(shì)旺盛,產(chǎn)量提高,節(jié)省勞力。當(dāng)水分過(guò)多時(shí),樹(shù)脂會(huì)把多余的水分吸收掉,當(dāng)干涸時(shí),又會(huì)把水分釋放出來(lái),這在缺水地區(qū)尤為重要。用高吸水性樹(shù)脂直接包覆電纜或制成帶子包覆電纜,可以防止水對(duì)電纜的侵害,目前在電力電纜和通訊電纜方面正在擴(kuò)大應(yīng)用,尤其是在光纖電纜方面有廣闊的市場(chǎng)。在包裝方面,高吸水性樹(shù)脂可用于危險(xiǎn)品、高中級(jí)實(shí)驗(yàn)

9、室用化學(xué)品、花卉和植物等的包裝運(yùn)輸;也可用于食品類的包裝,例如用高吸水性樹(shù)脂作肉類食品的襯托墊片,可防止從袋中取出時(shí)有液體物流出。另外還可用干粒狀高吸水性樹(shù)脂吸附濺落或泄漏的油品以及酸等類腐蝕性物質(zhì),還可用于油類、樹(shù)脂添加劑、填料和溶劑脫水,以及吸收蓄冷劑、空氣過(guò)濾、防靜電密封等方面。作為土壤保水劑在農(nóng)、林業(yè)應(yīng)用很廣。添加少量的高吸水性樹(shù)脂的土壤,能提高某些豆類的發(fā)芽率和豆苗的抗旱能力5,并且使土壤的透氣性增加。由于高吸水性樹(shù)脂的親水性,具有防霧性、抗結(jié)露性能的薄膜,將有效保持鮮度6。利用高吸水性樹(shù)脂的高吸水性,可將其應(yīng)用于紙尿布、生理巾等衛(wèi)生用品。高吸水樹(shù)脂可作增稠劑用,添加0.5 %可使水

10、的粘度增加400010000倍7。在工業(yè)上也應(yīng)用很廣。吸水性樹(shù)脂由于吸水能力強(qiáng),應(yīng)用于油田采油堵水8。高吸水性樹(shù)脂與橡膠、塑料共混可得親水膨脹性塑料、橡膠共混物,用作防滲漏和建筑封材等9。由于高吸水性樹(shù)脂只吸水,不吸油或有機(jī)溶劑,可用其除去油或有機(jī)溶劑中的水分,在工業(yè)上作脫水劑用。油井酸化飽和,添加少量的用乙醛交聯(lián)的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物凝膠,可使酸液釋放程度降低,有利于地層的深部酸化,也可以用凝膠樹(shù)脂作為酸化液的轉(zhuǎn)向劑,使酸液進(jìn)入低滲透層,提高原油采收率。在水力壓裂和三次采油中作凝膠劑,還可作為廢鉆井液的固化劑等。高吸水性樹(shù)脂作為醫(yī)用材料也很矚目。SAR可用作能保持被測(cè)溶液的醫(yī)用檢驗(yàn)試片;含

11、水量大而使用舒適的外用軟膏;能吸收滲出液并防止感染化膿的治傷繃帶;能吸收血液和分泌物又保持呼吸暢通的鼻腔用塞子等;還利用其藥劑保持性而作緩釋藥物的基體;也可作人工腎臟的過(guò)濾材料,以調(diào)節(jié)血液的水分;還可利用其成膜性,制成水氣透過(guò)性、細(xì)菌過(guò)濾性、藥物保持性均優(yōu)的人造皮膚;利用其形成的水膜有良好的潤(rùn)滑作用,可用于胃鏡及作人工食道;最重要的是可以用于人工器官,現(xiàn)已有聚甲基丙烯酸羥乙酯交聯(lián)皂化后直接用作隱形眼鏡的本體材料;含有SAR的人工腎臟具有良好的抗血栓性。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展,各行各業(yè)都在突飛猛進(jìn)地發(fā)展,水是建設(shè)中須考慮的重要因素。在各項(xiàng)建設(shè)中節(jié)水保水、綜合治理水資源是當(dāng)務(wù)之急。研究開(kāi)發(fā)超強(qiáng)吸水劑

12、是加快建設(shè)、治理的重要措施之一。目前,高吸水性樹(shù)脂在建材工業(yè)中主要應(yīng)用于止水堵漏、防結(jié)露、調(diào)濕除濕、建材涂料、提高建筑工效等方面。另外,除以上幾個(gè)方面外,高吸水性樹(shù)脂在日用化工、石油工業(yè)、環(huán)保工業(yè)、纖維工業(yè)、電子工業(yè)等方面同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。高吸水性樹(shù)脂在日常生活中也得到很好的應(yīng)用。如食品保鮮劑、化妝品添加劑、香水緩釋劑、油田處理劑等方面高吸水性樹(shù)脂均發(fā)揮了巨大的作用。接枝淀粉還可用做建筑清潔劑10、皮革復(fù)鞣劑11和熱敏性材料12。 高吸水性樹(shù)脂的性能研究 高吸水樹(shù)脂的吸水率因其樹(shù)脂的種類、組成、分子量、交聯(lián)度及分子形態(tài)等不同而差異很大,即使相同樹(shù)脂,由于被吸收溶液的組成、濃度及pH值等的

13、不同而顯著變化。(1)高吸水性樹(shù)脂的吸水率高吸水樹(shù)脂的基木用途是作為水溶液的吸收材料,因此,吸水率是衡量其性能是否優(yōu)越的最基木標(biāo)志。測(cè)定吸水率的方法很多,有篩網(wǎng)法、茶袋法、離心法等,結(jié)果會(huì)因測(cè)定方法不同而有所差異。一般采用篩網(wǎng)法和茶袋法,它們操作簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)直觀,但篩網(wǎng)法在凝膠轉(zhuǎn)移過(guò)程中引入誤差較大,而茶袋法在樹(shù)脂與被吸溶液之間間隔了一層其他材料,容易在吸收過(guò)程中出現(xiàn)凝膠阻礙現(xiàn)象。(2)高吸水性樹(shù)脂的吸水速度高吸水性樹(shù)脂的吸水速度在樹(shù)脂的某些應(yīng)用場(chǎng)合顯得非常重要,例如樹(shù)脂作為衛(wèi)生用品材料,它的吸水速度就是衡量樹(shù)脂性能是否優(yōu)良的最重要的指標(biāo)之一,樹(shù)脂的吸水速度一般采用篩網(wǎng)法、茶袋法、攪拌停止法等來(lái)

14、測(cè)定。高吸水性樹(shù)脂的吸水速度主要由其內(nèi)在結(jié)構(gòu)因素決定,另外還取決于它的表面結(jié)構(gòu),樹(shù)脂顆粒越細(xì),接觸表面越大,則吸水速度越快。但也不能過(guò)細(xì),否則在水中容易形成像生面粉團(tuán)一樣的所謂“團(tuán)粒子”,反而使吸水速度降低。(3)高吸水性樹(shù)脂的保水性能保水能力指的是樹(shù)脂吸水后的膨脹體能保持其水溶液不離析的狀態(tài)的能力。天然纖維、海綿等吸水后,稍加壓力就會(huì)脫水。而高吸水性樹(shù)脂則不同,吸水后的樹(shù)脂,在脫水過(guò)程中逐漸在表面形成一層樹(shù)脂膜,這層膜抑制了水的蒸發(fā)速度,即使它在較高的壓力下失水較少。因此高吸水性樹(shù)脂具有較高的保水性能,此種性能對(duì)于干旱地區(qū)的農(nóng)林園藝的保水及沙漠的改造尤為適用。保水性能一般采用離心分離法、承壓

15、吸水法等來(lái)測(cè)定。(4)高吸水性樹(shù)脂的強(qiáng)度高吸水性樹(shù)脂吸水后的凝膠需有一定的強(qiáng)度,以維持良好的保水性和加工性能。高吸水性樹(shù)脂凝膠強(qiáng)度的測(cè)試相對(duì)難度較大,K. A. Brandt等人通過(guò)振蕩應(yīng)力流變計(jì)測(cè)定樹(shù)脂凝膠粒的剪切模量以表征凝膠強(qiáng)度;而楊毓華等人則采用型材料實(shí)驗(yàn)機(jī)和電子天平測(cè)定凝膠的擠壓能來(lái)表征強(qiáng)度。以上2種是較為成熟的測(cè)試方法。(5)高吸水性樹(shù)脂水凝膠的粘性高吸水性樹(shù)脂在水中分散,則馬上吸水形成水凝膠,表觀粘度增加。樹(shù)脂水凝膠的流變行為符合假塑性流體的指數(shù)規(guī)律,也就是說(shuō),它的表觀粘度將隨著剪切速率的增加而降低。另外,溫度不同,凝膠的粘度也顯著不同,一般溫度升高,粘度降低。如果樹(shù)脂交聯(lián)程度太

16、低,使部分樹(shù)脂溶于水形成溶膠,溶膠將影響樹(shù)脂的實(shí)際應(yīng)用。由于高吸水性樹(shù)脂這種特殊的流變性能,增稠性是其顯著特性,用很少量的樹(shù)脂就可以將溶液粘度大大提高。除了上述的幾種重要的性能之外,高吸水性樹(shù)脂還有穩(wěn)定性(包括熱、光穩(wěn)定性,貯存穩(wěn)定性等)吸氨性、擴(kuò)散性、安全性、相溶性等特殊性能等,對(duì)于不同用途的高吸水性樹(shù)脂,對(duì)其各性能的要求也各有側(cè)重。1.3 課題研究的意義高吸水性樹(shù)脂由于其優(yōu)良的吸水性和保水性,應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)展,已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生材料、農(nóng)林、園藝、脫水劑、化學(xué)蓄冷劑、蓄熱劑、污泥固化劑、防露水用壁材、食品保鮮劑、水膨脹涂料和復(fù)合吸水材料等方面。因此,其生產(chǎn)能力迅速增加13。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高

17、吸水性樹(shù)脂在衛(wèi)生用品方面的需求雖然日趨飽和,但在廣大發(fā)展中國(guó)家在這方面的需求卻日趨擴(kuò)大,各公司紛紛擴(kuò)大生產(chǎn),增加研究和開(kāi)發(fā)力度,由于高吸水性樹(shù)脂的用途極為廣泛,受到各國(guó)高度重視,而且高吸水性樹(shù)脂的應(yīng)用十分廣泛,它的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)。我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),水資源十分匱乏,國(guó)土沙漠化日趨嚴(yán)重,化肥的利用率不足40%,大量化肥流失而污染水源。高吸水性樹(shù)脂在節(jié)水抗旱保墑、治理沙漠、植樹(shù)造林、減少化肥流失提高化肥利用率等方面將發(fā)揮重要作用,僅在開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)這一領(lǐng)域中的應(yīng)用,高吸水性樹(shù)脂的需求量是巨大的,所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也是十分可觀的14。1.4 課題的研究方向淀粉能與丙烯腈、丙烯酸、

18、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯15、丁二烯、苯乙烯16和其它多種人工合成高分子單體進(jìn)行接枝共聚,得到既具有淀粉性質(zhì)又有合成高分子特性的新型材料。目前大多數(shù)樹(shù)脂是用二元共聚法合成的,例如US4134863、US3981100、CN86104111中披露的方法是用丙烯腈作為丙烯基單體,其缺點(diǎn)是合成后的樹(shù)脂所含的-CN必須經(jīng)水解后轉(zhuǎn)化成親水基團(tuán)才具有吸水性,工藝復(fù)雜。又例如特公昭54-37188、特公昭58-25160提供的技術(shù)是用淀粉接枝丙烯酸,他們共同的特點(diǎn)是吸蒸餾水倍率高,但吸鹽水的倍率低,這是因?yàn)楸┧岬?COOH是離子性的,受電解質(zhì)的影響非常大。而US4921904、EP347241描述的方法是

19、用淀粉與丙烯酰胺的二元接枝共聚物,由于酰胺基是非離子性的,受電解質(zhì)影響較小,使得這類樹(shù)脂的吸鹽水率提高,但整體的吸蒸餾水的能力下降。農(nóng)業(yè)應(yīng)用的高吸水性聚合物產(chǎn)物的生產(chǎn)方法包括:提供接枝反應(yīng)物和淀粉;接枝聚合接枝反應(yīng)物到淀粉上以形成淀粉接枝共聚物;皂化淀粉接枝共聚物;沉淀皂化的淀粉接枝共聚物;將沉淀的淀粉接枝共聚物成粒以形成高吸水性聚合物產(chǎn)物的顆粒17。本文采用的是淀粉與丙烯酸、丙烯酰胺進(jìn)行接枝共聚,通過(guò)改變各種不同的影響因素來(lái)研究最佳的工藝條件,以獲得吸水性強(qiáng)、吸水率高的高吸水性樹(shù)脂。1.5 今后產(chǎn)品研發(fā)的方向和展望 今后的研發(fā)方向淀粉類高吸水性樹(shù)脂,由于其降解性好,對(duì)環(huán)境友好,成為吸水樹(shù)脂領(lǐng)

20、域的研究重點(diǎn),并取得了較大的研究成果。但將淀粉類高吸水性樹(shù)脂應(yīng)用于農(nóng)業(yè)還需降低成本和提高產(chǎn)品適應(yīng)各種土壤環(huán)境、水質(zhì)條件和重復(fù)吸水的能力,以及減少在應(yīng)用中的霉變。目前國(guó)內(nèi)外研制的各種高吸水性樹(shù)脂大都對(duì)去離子水或蒸餾水有較高的吸水率,吸鹽水率卻降到1/10-1/50,并且吸水速率相對(duì)比較慢,這就造成在實(shí)際應(yīng)用中大打折扣。要解決以上難題可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。 (1) 選擇引發(fā)效率高、成本低的引發(fā)劑,增加淀粉用量。目前一種研究的新動(dòng)向是利用無(wú)機(jī)或有機(jī)復(fù)合材料和樹(shù)脂物理混合,或參與聚合反應(yīng)制備復(fù)合型高吸水性樹(shù)脂。 (2) 改進(jìn)生產(chǎn)工藝。如采用分項(xiàng)控制接枝交聯(lián)新技術(shù),或采用增大吸水劑的比表面積和引入

21、非離子性親水基團(tuán)的物質(zhì)等方法來(lái)提高其吸水速度和吸水速率;也可以將反應(yīng)的料液混合均勻后直接加入轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器,或采用不銹鋼盤(pán),或表面涂有不粘涂層的盤(pán)子中在干燥箱中鼓風(fēng)反應(yīng),使反應(yīng)和干燥一步完成,簡(jiǎn)化工藝,縮短反應(yīng)時(shí)間。(3) 采用變性淀粉為原料,或采用不同的單體多元接枝共聚,從而使吸水劑的親水性基團(tuán)多樣化,如采用淀粉丙烯酸丙烯酸酯接枝共聚制取超強(qiáng)吸水劑;利用離子交換樹(shù)脂的去離子作用而采用的添加離子交換樹(shù)脂法以及無(wú)機(jī)凝膠復(fù)合法等來(lái)提高樹(shù)脂的吸水性能,擴(kuò)大其適用范圍。 今后產(chǎn)品研發(fā)的展望SAR是一種多品種、多功能的材料。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出淀粉接枝共聚物、聚乙烯醇-丙烯酸共聚物、異丁烯-順酐共聚物等系列產(chǎn)品。

22、它們具有很多優(yōu)良的性能,如吸水性、防霧性、防帶電性、水膨潤(rùn)性、耐熱性、耐候性、生物組織適應(yīng)性等,有著廣泛的應(yīng)用。然而高吸水性樹(shù)脂目前尚存在許多不足。其中最突出的是陰離子型的高吸水性樹(shù)脂耐鹽性比較差,吸水速度較低。而非離子型的高吸水性樹(shù)脂的吸水速度較快,耐鹽性也較好,但吸水能力比較低。另外,高吸水性樹(shù)脂雖然種類繁多,但普遍應(yīng)用的品種還比較少,價(jià)格比較高,理論和應(yīng)用研究均跟不上需要,合成和加工方法尚待更新開(kāi)發(fā)??梢灶A(yù)料,SAR今后必將以其獨(dú)具的優(yōu)性能受到人們的日益青睞。人們將不斷努力解決其聚合反應(yīng)工藝技術(shù)上的困難,并努力開(kāi)發(fā)其潛在的用途,降低造價(jià),改善其抗鹽性,使SAR得到飛速發(fā)展。第2章 實(shí)驗(yàn)部

23、分2.1 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)藥品有,可溶性淀粉(玉米):化學(xué)純,浙江菱湖化工試劑廠;丙烯酸:分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;丙烯酰胺:分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;過(guò)硫酸銨:分析純,沈陽(yáng)市遠(yuǎn)東試劑廠;氫氧化鈉:分析純,沈陽(yáng)市遠(yuǎn)東試劑廠;無(wú)水乙醇:分析純,遼寧新興試劑有限公司;甲醇:分析純,沈陽(yáng)市新化試劑廠。 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器有,DF-101B集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;燒杯;JP-1000型托盤(pán)藥物天平;電子天平;量筒 ;溫度計(jì);酸式滴管;烘干箱等。2.3 實(shí)驗(yàn)原理本文采用水溶液自由基接枝共聚的方法,利用氧化型引發(fā)劑,使淀粉分子上的叔碳上的H被奪走而產(chǎn)生自由基,然后引發(fā)單體,形成淀粉單體自由基,

24、繼續(xù)與單體進(jìn)行鏈增長(zhǎng)聚合,最后發(fā)生鏈終止。鏈與鏈之間通過(guò)交聯(lián)劑丙烯酰胺交聯(lián),使整個(gè)聚合物成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),反應(yīng)式如圖2-1所示。圖2-1 制得SAP簡(jiǎn)單原理圖2.4 實(shí)驗(yàn)步驟 丙烯酸中和預(yù)先配制質(zhì)量濃度為25%的氫氧化鈉水溶液,待用。量取定量的丙烯酸倒入燒杯中,然后逐漸滴加氫氧化鈉溶液,直至丙烯酸溶液的pH為6.5(中和度為80%-85%)整個(gè)過(guò)程需在冷水浴中進(jìn)行,且需要不斷地?cái)嚢?,以控制反?yīng)放熱速度和中和溶液的溫度,溫度以不超過(guò)45為宜。控制溫度是為了避免丙烯酸及其中和后的丙烯酸鈉單體會(huì)因溫度過(guò)高而產(chǎn)生熱自聚合。 淀粉糊化稱取定量的淀粉放入燒杯中,加入定量的去離子水?dāng)嚢杌旌铣蓱腋∫海刂扑囟葹?/p>

25、8090,攪拌糊化約1530min,并攪拌冷卻至室溫。調(diào)節(jié)水浴溫度為50待用。 接枝共聚 稱取定量的丙烯酰胺加入到中和液中,得到單體溶液,再將糊化淀粉加到配置的單體溶液中,攪拌20min后(滴)加入一定量的過(guò)硫酸銨水溶液,在溫度5060下反應(yīng)23h,將產(chǎn)物在9095下于烘箱干燥24h以上,粉碎得透明無(wú)色或淺黃色晶狀高吸水性樹(shù)脂。 接枝特征參數(shù)的計(jì)算接枝率:指去除均聚物的淀粉接枝共聚物中接枝高分子的質(zhì)量與參加反應(yīng)的淀粉的質(zhì)量的比值。接枝效率:接枝量占單體聚合總量的百分率稱為接枝效率。接枝效率越大,說(shuō)明均聚物越少,接枝效果越好。在一定量的接枝共聚產(chǎn)物中加入乙醇,將析出的沉淀物在80下真空干燥至恒重,測(cè)出粗產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1,然后以甲醇為萃取劑,用萃取器萃取粗產(chǎn)物24h,以除去粗產(chǎn)物中的均聚物聚丙烯酸,然后在80下真空干燥至恒重,測(cè)出萃取后產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w2,按以下公式計(jì)算出接枝率和接枝效率: (2-2) (2-3)式中:w0、w1、w2分別代表淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粗產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和萃取后產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第4章 結(jié) 論通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到由淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺水溶液共聚合成高吸水性樹(shù)脂的最佳

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