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糊化淀粉接枝共聚丙烯酰胺制备高吸水树脂

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因 2006,VoI.23 No.10亿亏与生物Z程 Chemist ̄&Bioec}gineering 糊化淀粉接枝共聚丙烯酰胺制备高吸水树脂 董超字 。刘 云 。王北方 开封大学化学工程学院,河南开封475004; (1.郑州大学化学系,河南郑州450052;2. 3.河南大学实验中心,河南开封475004;4.洛阳大学,河南洛阳471023) 摘 要:以过硫酸钾为引发荆,通过糊化淀粉接枝丙烯酰胺制备了高吸水树脂。考察了淀粉的物理状态、交联弃】的 用量、引发荆的浓度、共聚合温度等对产品吸水率的影响。确定接枝反应最佳工艺条件为:交联荆质量分数0.0016 、 引发荆浓度6 mmol・L_。、共聚合温度6O℃。 关键词:高吸水树脂;糊化淀粉;丙烯酰胺;接枝共聚 中图分类号:TQ 317 文献标识码:A 文章编号:1672—5425(2006)10—0028—02 高吸水树脂(Super—absorbent polymer,简称 SAP)是一种经适度交联而具有三维网络结构的新型 功能高分子材料。它能吸收相当于自身质量几百倍甚 至几千倍的水,并有很强的保水能力。淀粉接枝共聚 碎,即得高吸水性树脂样品。将一定量纯接枝产物加 入圆底烧瓶中,再加入一定量1 mol・L 的盐酸溶 液,回流1.5 h,然后冷却至室温,抽提后干燥至恒重, 即得接枝侧链l3]。 1.3样品吸水率测定和接枝特征参数的计算 准确称取1 g干燥树脂粉末于1000 mL的烧杯 中,加入1000 mL蒸馏水,在室温下放置4~6 h,用 100目不锈钢筛网过滤,测定其吸水率(g・g )。按 高吸水树脂因其原料来源丰富、价格低廉、优良的吸保 水及加工性能,而成为最近几年发展很快的一种新型 功能高分子材料,成为吸水剂领域的研究重点n ]。 作者合成出糊化淀粉接枝共聚丙烯酰胺高吸水树脂, 并讨论了相关工艺参数对产品吸水率的影响。 下列公式计算接枝率G、接枝效率GE。 G一 W3×1O0 GE= ×1O0 1 实验 1.1试剂及仪器 式中:W。、W 、Wz、w 分别为淀粉质量、粗接枝 产物质量、纯接枝产物质量、接枝侧链质量。 1.4高吸水树脂的IR光谱表征 利用NICOLET—lMPACT 400 FTlR型傅立叶 玉米淀粉,丙烯酰胺(AM),过硫酸钾(K S O ), 化学纯N,N,_亚甲基双丙烯酰胺(MBA),尿素。 NlCOI ET—IMPACT 400 FTlR型傅立叶变换红 外光谱仪。 1.Z高吸水树脂的制备 在装有搅拌器、温度计、氮气导入管的四口烧瓶 中,加入一定体积的蒸馏水和10 g淀粉。搅拌下通氮 气,并升温至80℃,糊化0.5 h。停止加热,在搅拌下 降至55℃,加入一定量4 mmol・L 的尿素,反应一 定时间后再加入适量引发剂过硫酸钾、丙烯酰胺溶液、 交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺,搅拌大约30 min, 升温到60℃继续反应3 h,冷却,用乙醇沉淀。过滤, 滤物60℃真空干燥至恒重得粗接枝产物,以蒸馏水作 变换红外光谱仪对产物进行振动光谱研究,样品同 KBr混合(5:100)压片,扫描范围500 ̄4000 cm-。。 2结果与讨论 Z.1淀粉的理化特性[4 ]对树脂的影响 淀粉内部有结晶和无定形区域,后者具有较高的 渗透性。化学反应主要发生在此区域。糊化之后的淀 粉较未糊化的淀粉与AM接触的机会大大增加,提高 了接枝效率,从而使SAP的吸水率有所提高。加入尿 素可以与淀粉大分子上的羟基形成氢键,使淀粉大分 子链解缠结,释放出反应位点;另一方面,尿素常用于 有机小分子的助溶剂,在接枝共聚反应中,有利于提高 接枝率、接枝效率和单体转化率。 萃取剂,在索氏提取器中抽提48 h,以除去均聚丙烯酰 胺。将抽提后的剩余物干燥至恒重得纯接枝产物,粉 收稿日期:2006—07—27 作者简介:董超宇(1969一),男,河南开封人,讲师,硕士研究生,研究方向:有机合成化学和高分子化学。E-mail:dongcy@ kfu.edu.cn。 维普资讯 http://www.cqvip.com

董超宇等:糊化淀粉接枝共聚丙烯酰胺制备高吸水树J姗瑚 枷 瑚 ] ̄/2006年一lO期 田 2.2 交联剂的用量对树脂吸水率的影响(图1) 联密度增大,因而使产物的吸水率减小 。 2.4共聚合温度对接枝率、接枝效率的影响 糊化淀粉和丙烯酰胺的共聚合温度对接枝率、接 凹 枝效率的影响见图3。 、、 褥 * 罄 图1 交联剂的用■对吸水率的影响 Fig.1 Effects of amount of cross-linker on absorbency 从图1可以看到,若交联剂用量太多,则聚合物网 络结构中的交联点增多,交联密度增大,立体网格变 图3共聚合温度对接枝率、接枝效率的影响 Fig.3 Effects of copolymerization temperature on G、GE 小,使聚合物的网络结构的充分伸展受到,导致吸 国0.0 水率降低。但是交联剂用量太少时,聚合物网络结构 舳 ∞∞∞∞∞∞ 过硫酸钾属于热分解型引发剂,温度对反应的影 中的交联点减少,则交联密度变小,不能形成有效的立 响较大,在60℃左右有最大的接枝率、接枝效率。这 体网络结构,也导致吸水率呈下降趋势。因此,适当地 是因为随着共聚合温度的升高。单体易于分散,而且有 控制交联剂的用量,是决定树脂吸水率大小的关键因 利于引发剂的分解,单体转化率和接枝率高,但温度过 素。在交联剂N,N,-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数 高时体系难以散热,造成局部产物自交联,且链转移速 为0.0016 9/6时,吸水率最大达到920 g・g_。。 率、均聚反应速率、链终止速率都相应增大,导致接枝 2.3 引发剂浓度对接枝率、接枝效率的影响 效率降低。 固定其它反应条件不变,考察引发剂浓度对接枝 2.5产物结构表征(图4) 率、接枝效率的影响,结果见图2。 807。 60 薹 302。 10 图4淀粉接枝丙烯酰胺树脂的红外分析谱图 图2 引发剂浓度对接枝率.接枝效率的影响 Fig.4 FTIR spectrum of St-g-AM Fig.2 Effects of initiator concentration on G、GE 图4表明在860 cm_。、769 cm_。、600 cm 处出 由图2可知,树脂的接枝率、接枝效率随引发剂浓 现淀粉特征峰,在3422 cm_。、2935 cm 处出现丙烯 度的增加而先增大后减小。在6 mmo]・L 时出现最 酰胺的伸缩振动特征峰,1710 cm 处为羰基特征峰, 大值。这是因为引发剂浓度太低。引发反应困难,一方 证明它是淀粉与丙烯酰胺的接枝共聚物Ⅲ。 面未反应的单体较多,另一方面吸水剂交联度小,产物 的吸水率较低;引发剂浓度增大,接枝聚合反应的活性 3 结论 点增多,速度快,有利于提高聚合产率和接枝率,但由 采用水相聚合的方法,以糊化淀粉和丙烯酰胺为 自由基聚合原理可知若引发剂浓度再进一步增大,链 原料、N,N,-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸钾为 终止反应增多,产物分子量下降,水溶性的低聚物增 引发剂,经一步反应快速合成出高吸水树脂。结果表 多。另外,引发剂浓度过大时,反应速度太快,反应物 明接枝反应的最佳工艺条件为:交联剂质量分数 粘度迅速增大变得粘稠,生成的SAP大分子链在反应 0.0016 、引发剂浓度6 mmo]・I _。、共聚合温度 液中的移动变得困难,从而导致交联反应不均,局部交 60℃。 (下转第32页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

田 催化.1997.11(1):55—56. 卢旭东等:溶胶一凝胶法制备La0. ,Sro. MnO3及其光催化性能/2006年■l0曩 properties of R。5A0 5Mn() compounds(R=Gd.Dy,Hu,Er;A: [3] Nakayama S.I.aFe()3 perovskite-type oxide prepared by oxide- Sr,Ca)[J].Phys Rev B,2000,61(5):3488—3493. [7] 姚子华,翟永清,谷菲菲,等.络合溶胶凝胶法制备LaCol…Cu 03 纳米晶及其对酸性黑10B的光催化降解[J].稀有金属,2004.28 (4):674—677. mixing,co—precipitation and coml ̄lex synthesis methods[J].Jour— nal of Materials Scienee,2001.36(23):5643—5648. [4] 邵忠宝,张丽君,王颖.等.用溶胶一凝胶法合成I.a㈦Sr CrO3纳 米粉料[J].材料研究学报,2001,15(2):166—1 7O. [53 陈永红,魏亦军,刘杏芹,等.I.a-- Sr FeO-卜d系钙钛矿材料的表 征和性能 Jj.无机化学学报,2006,22(1):31—36. [6] Terai T,Sasaki T,Kakeshita T,et a1.Electronic and magnetic 陈名梁,任引哲,刘建顺.DyFe ̄【’c,t一 0 —n纳米品的制备及光催 化性能研究[J].山西师范大学学报(自然科学版),2001.15(4): 36 38. Preparation of La0SrO35 MnO3 by Sol-Gel Method 65 ..and Its Ph0t0catalvtic Properties LU Xu-dong,JIANG Cheng-zhi,SHAO Zhong-cai (School oy Environment and Chemical Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China) Abstract:Sr doped composite oxide Lao 6 Sr035 MnO3 was prepared by sol—gel method.Its structure charac— .terized by XRD was same as perovsldte.Photocatalytic activity of I.ao65 Sro35 MnO3 was showed by an effective ..decolorization property for sulfide-methylene blue solution.Results showed the even diameter size of I ao63Sro35MnO3 was about 19 nm at 700℃.When the solution had been degraded for 120 min.the degradation ..rate of sulfide-methylene blue got to 90 V0. Keywords:sol—gel method;nanometer powder;perovskite La【Jl 65 Sro35 Mn()3;photocatalytic degradation .(上接第29页) 参考文献: [1]蒲敏,王海霞,周跟树.吸水凝胶材料的研究现状与发展趋势 [J].材料导报,1997,11(4):43—45. [2]邹新禧.超强吸水剂[M].北京:化学工业出版社,1991:1—16. [3]严瑞煊.水溶性高分子[M].北京:化学工业出版社,1998:350— 356. [5] Athwale V D,Rathi S C.Syntheses and characterization of starch— poly(methacrylic acid)graft copolymers[J].J Appl Polym Sci. 1997,66(7):1 399-1403. [6] Mostafa Kh M.(;raft polymerization of acrylic acid onto starch u— sing potassium permanganate acid(redox system)[J].J Appl Polym Sci,1995,56(2):263—269.  iang W D,Yang A M.et a1.Role and relevance of polari— [7] Fu Z S,Ity and hindrance of vinyl monomers in graft copolymerization onto [4] 乌兰.玉米淀粉接枝丙烯酰胺制备高吸水树脂[J].应用化工, 2006,35(1):60—62. potato starch[J].J Apple Polym Sci,2002,85(4):896—899. Preparation of Super-absorbent Polymer by Graft Copolymerization of Gelatinized Starch and Acrylamide DONG Chao-yu ~。LIU Yun。。WANG Bei—fang‘ (1.Department of Chemistry.Zhengzhou University,Zhengzhou 450052,Chi n: 2-College of Chemical Engineering,Kaifeng University,Kaifeng 475004,Chinn; 3.Laboratory Center,Henan University,Kaifeng 475004.Chi n: 4.Luoyang University,Luoyang 471023,China) Abstract:Using Kz Sz()8 as initiator,a super—absorbent polymer(SAP)was prepared by graft copolymeriza— tion of gelatinized starch and acrylamide.The influences of starch physical shape.the amount of cross—linker a— gent,initiator concentration and copolymerization temperature on the water absorbency were investigatedThe .optimum reaction conditions were as follows:the mass fraction of MBA was 0.0016%,initiator concentration was 6 mmol・I ~and copolymerization temperature was 60 C. Keywords:super—absorbent polymer;gelatinized starch;acrylamide;graft copolymerization 

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