荞麦淀粉接枝型高吸水性树脂的研究

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荞麦中淀粉的含量为70%,是一种特殊的淀粉资源。荞麦淀粉颗粒结构紧密,直链淀粉含量较高,支链淀粉具有更多的长链,淀粉持水能力强,其淀粉糊具有高的峰粘度、热粘度和最终冷粘度。淀粉接枝型高吸水性树脂具有原料易得、生产成本低、环境兼容性好、使用方便等优点,被广泛应用于众多领域。为制备具有高吸水速度和一定耐盐性的高吸水性树脂,本试验在氮气的保护下,以荞麦淀粉为原料,丙烯酸和丙烯酰胺为接枝单体,过硫酸铵为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,对荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺吸水性树脂及荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯吸水性树脂的制备工艺条件进行了优化,并对其结构、吸水与保水性能进行了比较,取得如下结果:(1)在制备荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺高吸水性树脂的工艺过程中,各因素对荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺高吸水性树脂的吸水倍率的影响次序依次为引发剂用量>交联剂用量>淀粉用量>丙烯酰胺用量,其中引发剂用量、交联剂用量对树脂吸水倍率的影响达极显著,淀粉用量与引发剂用量之间、引发剂用量与丙烯酰胺用量之间存在比较明显的交互作用。荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺共聚制备高吸水性树脂的适宜反应条件为,淀粉用量为单体用量的20%、引发剂用量为单体用量的0.96%、交联剂用量为单体用量的0.12%、丙烯酰胺用量占单体总量的10%、反应温度60℃、丙烯酸中和度85%。在此条件下制备的高吸水性树脂吸水倍率为640g/g。(2)制备荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯的数学模型为:Y=524.121-14.112X1-75.952X2-73.832X12-26.102X32+47.500X1X2-25.000X1X3-17.500X2X3。各因素对荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯高吸水性树脂树脂吸水倍率的影响次序依次为交联剂用量>淀粉用量>丙烯酸中和度,其中交联剂用量对树脂吸水倍率的影响极显著,淀粉用量与丙烯酸中和度、交联剂用量之间存在显著交互作用。荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯制备高吸水性树脂的优化反应条件为:淀粉用量为丙烯酸用量的6.08%、引发剂用量为丙烯酸用量的0.48%、交联剂用量为丙烯酸用量的0.025‰、丙烯酸中和度为81.5%、反应温度为60℃。在此条件下制备的高吸水性树脂吸水倍率为680g/g。(3)荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺高吸水性树脂吸水速度快,最大吸水倍率为640g/g;树脂的吸水凝胶在自然条件下经过一个星期时间凝胶失水率为60%;树脂的吸水倍率随着重复吸水试验次数的增加逐步减少;吸收0.1%浓度的NaCl、CaCl2、MgSO4、KBr溶液的倍率分别为100、20、65、140g/g。相比之下,荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯树脂的吸水倍率更高,耐盐性和重复吸水性提高,其吸水凝胶的耐高温性能也更好。(4)不同的干燥工艺对树脂的吸水倍率影响较大。在其他制备条件相同的情况下,采用真空冷冻干燥制备的荞麦淀粉接枝丙烯酸与丙烯酰胺树脂吸水倍率为640g/g,而采用电热烘箱干燥时,其吸水倍率只有400g/g;荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯高吸水性树脂在电热烘箱干燥的条件下,吸水倍率可达到680g/g左右,相比之下,荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺与甲基丙烯酸乙酯树脂吸水倍率比荞麦淀粉接枝丙烯酸、丙烯酰胺树脂显著提高。
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