高親水性樹脂的優化及應用

摘 要：本實驗以淀粉為主要原料，以丙烯酸（AA）接枝共聚單體，采用水溶液聚合法制備高吸水性樹脂。先將淀粉糊化，將丙烯酸（AA）用氫氧化鈉中和后加入糊化的淀粉中，用過硫酸鉀作引發劑、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，在一定的反應時間和溫度下，制備高吸水性樹脂。試驗研究了糊化時間、產品粒徑對高吸水性樹脂吸水性的影響。試驗結果表明糊化時間1 h，粒徑為80目時樹脂的吸水率最高，并對試驗產品用傅里葉交換紅外光譜儀表征，及其良好的保水性在農業中的應用。

關鍵詞：淀粉；丙烯酸；接枝共聚；高吸水性樹脂

高吸水性樹脂（Super Absorbent Resin）是一種功能高分子材料，具有優異的吸水、保水功能，它可吸收自身重量幾百倍、上千倍，最高可以達到5000多倍的水[1]淀粉是一種天然的生物高分子物質，具有生物可降解，來源豐富和廉價等特點，常在共混體系內作為填料來降低聚合物的成本，故成為近年生物可降解性材料研究的重點。本實驗利用接枝的方法對淀粉進行改性，選用丙烯酸作為接枝單體，過硫酸鉀作為引劑，研究了玉米淀粉與丙烯酸接枝共聚反應，制備出高親水性復合材料[2]。

1 材料與方法

1.1 實驗藥品

淀粉、丙烯酸（AA分析純）、氫氧化鈉（分析純）、過硫酸鉀（分析純）、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（分析純）、溴化鉀（分析純）、丙酮（分析純）。

1.2 實驗儀器

電熱恒溫水浴鍋（北京市長風儀器儀表公司）、壓片機（DF-4型）、強烈電動攪拌機（JB90-D型上海標本模型廠制造）、臺式干燥箱（202-00A型北京中興偉業儀器有限公司）、傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR-650型天津港東科技發展股份有限公司）

1.3 實驗制備方法

（1）試驗將3.0000g淀粉及36ml水加入裝有強力電動攪拌器的三口燒瓶中，置于恒溫水浴鍋中，攪拌、加熱至95℃使淀粉糊化，糊化時間為1h。

（2）當糊化完全后，繼續在攪拌下冷卻至50℃，以便接枝共聚反應。

（3）將30ml丙烯酸和40ml氫氧化鈉（25%）的中和溶液及3ml過硫酸鉀（2%）、1mlN，N-亞甲基雙丙烯酰胺（0.9%）加入到糊化淀粉的反應瓶中并不斷攪拌，反應時間為3h。

（4）將反應后的產物在70℃條件下干燥。

1.4 測定指標

1.4.1 吸水率

準確稱量1.0000g干燥樣品于燒杯中，并加入足量的蒸餾水，等樣品完全吸水后用濾紙過濾，濾至無水滴滴漏，再稱其質量。

吸水率=（吸水后凝膠質量-吸水前樣品質量）/吸水前樣品質量（g/g）

1.4.2 紅外光譜檢測

將溴化鉀在120℃下干燥3h，稱取0.1000g溴化鉀（溴化鉀極易吸水）及0.0010g的樣品放于研缽中，在熱環境進行研磨30min，將研磨的物質倒入已用丙酮浸洗的模具中，把模具放到壓片機上壓片。將壓片放于傅里葉變換紅外光譜儀中進行檢測。

2 結果與分析

2.1 糊化時間影響高吸水性樹脂吸水率

本組實驗的條件為：3.0000g淀粉為基準（下同）、36ml水、30ml丙烯酸、40ml氫氧化鈉（25%）、3ml過硫酸鉀（2%）、1mlN，N-亞甲基雙丙烯酰胺（0.9%）、糊化溫度95℃、反應溫度50℃、反應時間3h的條件下，改變糊化時間，探究糊化時間對吸水率的影響。

當糊化時間為30min時，吸水率為273.1；當糊化時間為40min時，吸水率為366.9；當糊化時間為50min時，吸水率為463.4，當糊化時間為60min時，吸水率為521.4，當糊化時間為70min時，吸水率為493.4；當糊化時間為80min時，吸水率為457.2.由以上數據可以看出吸水率隨著糊化時間的增加先增加后減小，當糊化時間為60min時達到最大值。這是因為糊化時間短，糊化效果不完全，導致淀粉溶解低，淀粉鏈上的活性點少，接枝共聚反應不易發生；糊化時間長，易發生一些副反應，導致淀粉與丙烯酸接枝共聚反應效率低，樹脂吸水率低。

2.2 產品粒徑影響高吸水性樹脂吸水率

本組實驗的條件為：3.0000g玉米淀粉為基準（下同）、36ml水、30ml丙烯酸、40ml氫氧化鈉（25%）、3ml過硫酸鉀（2%）、1mlN，N-亞甲基雙丙烯酰胺（0.9%）、糊化溫度95℃、反應溫度50℃、糊化時間1h、反應時間3h的條件下，改變產品粒徑，探究產品粒徑對吸水率的影響。

當產品粒徑為40目時，吸水率為347.3：粒徑為60目時，吸水率為475.2；粒徑為80目時，吸水率為567.4；粒徑為100目時，吸水率為504.6；粒徑為120目時，吸水率為453.8；粒徑為140目時吸水率為417.3。由以上數據可看出隨著產品粒徑的增大，吸水倍數也逐漸增大，粒徑為80目時達到最大值，以后隨著粒徑的增大吸水倍數反而下降。這是因為產品的吸水率與起表面積有關，產品的表面積越大，高吸水性樹脂與水接觸的表面就越大，這種狀況有利于提高產品的吸水率。但是，如果吸水性樹脂干粉的顆粒太細，與水接觸時易形成凝膠包裹干粉的現象，水穿透凝膠和干粉吸收凝膠中水分的速度都較慢。

2.3 紅外光譜分析

根據不同糊化時間下淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂做紅外光譜分析。可以看出在3449cm-1處出現了-OH的伸縮振動峰，因淀粉化合物產生締合現象，-OH的伸縮振動吸收峰向低波數方向位移，而接枝淀粉中部分-OH被丙烯酸取代，所以在2927cm-1出現亞甲基的吸收峰，在3428cm-1出現的吸收峰變尖銳；在3040cm-1處有不飽和的-CH伸縮振動；在1730cm-1出的吸收峰可知該物質含有羧基-COOH，1552cm-1為-COO-的不對稱伸縮振動，在2387cm-1處出現羧酸的締合-OH伸縮振動；在1246cm-1處的振動峰為C-O-C的吸收峰，證明淀粉上的-OH和丙烯酸上的雙鍵發生了自由基聚合反應。以上數據顯示丙烯酸單體共聚物已成功地接枝于淀粉上，形成了淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂。

3 結果討論

（1）由紅外光譜圖表征SAR吸水性樹脂的結構可知，丙烯酸單體成功地接枝于淀粉，形成了淀粉接枝丙烯酸高吸水樹脂。

（2）以淀粉、丙烯酸為原料，過硫酸鉀為引發劑，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，采取溶液共聚合法可制備出淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂。得出了最佳反應條件：玉米淀粉3.000g，丙烯酸30ml，25%（m%）氫氧化鈉40ml，2%過硫酸鉀3ml，0.9%N，N-亞甲基雙丙烯酰胺1ml，糊化時間1h、糊化溫度95℃，反應時間3h、反應溫度50℃，產品粒徑80目時，所制備的高吸水性樹脂的吸水率最高。

（3）該產品具有很好的發展前景，高吸水性樹脂，可以在干燥的地區作為農作物的保水材料；還可以做成吸血紙，代替醫用藥棉；可用作工木建筑工程中的淤泥干操劑；室內空氣芳香劑，蔬菜、水果、紙煙的保鮮劑、防霉劑；工業上的油水分離劑、阻燃劑、防水劑、防潮劑、固化劑等。

參考文獻

[1]李邵瑩.丙烯酸-淀粉接枝共聚物的合成和性能[J].江蘇工業報，2008，20（4）：14-17.

[2]付麗麗，石紅錦.淀粉接枝丙烯酸類高吸水性樹脂的研究[M].橡塑技術與備，2008（2）：38-41.

作者簡介：彭富喜（1993，10-），男，漢，四川省自貢市，本科，研究方向：材料學。