丙烯酸高吸水性树脂的制备

I聚丙烯酸高吸水性树脂的制备何琪琪摘要淀粉类高吸水性树脂，由于其降解性好，对环境友好，成为吸水树脂领域的研究重点，并取得了较大的研究成果。高吸水性树脂或水凝胶是一类重要的部分交联聚合材料，它能够吸收大量的液体，通常是水。高吸水性树脂的制备方法多种多样，商业上，高吸水性聚合物主要是以丙烯酸作为主要成分来生产的。本文是以过硫酸铵为引发剂，将淀粉与丙烯酸、丙烯酰胺在水溶液中接枝聚合制备高吸水性树脂，通过考察单体与淀粉、交联剂、引发剂的质量比、反应时间、反应温度等不同的影响因素，探寻制备高吸水性树脂的最佳工艺条件与方法，从而得到吸水率高、吸水性强且能够多次反复有效吸水的高吸水性树脂。实验结果表明：当单体与淀粉的质量比为6-7，单体与交联剂的质量比为3-3.5，引发剂占单体的质量分数为0.5%，反应时间2.5-3h，反应温度60℃时，可以合成具有较好吸水性能的高吸水性树脂，在自来水中吸水倍率可达65-75g/g。关键词：高吸水性树脂；丙烯酸；丙烯酰胺；淀粉II目录摘要...............................................................................................................IAbstract..................................................................................错误!未定义书签。第1章引言.......................................................................................................11.1论文选题缘由........................................................................................11.2课题的研究背景....................................................................................11.2.1国内外研究进展.........................................................................11.2.2高吸水性树脂的应用.................................................................21.2.3高吸水性树脂的性能研究.........................................................41.3................................................................................................................61.4................................................................................................................61.5今后产品研发的方向和展望................................................................7第2章实验部分.................................................................................................92.1实验试剂................................................................................................92.2实验仪器................................................................................................92.3实验原理................................................................................................92.4实验步骤..............................................................................................102.4.1丙烯酸中和...............................................................................102.4.2淀粉糊化...................................................................................102.4.3接枝共聚...................................................................................102.4.4吸水能力测试.............................................错误!未定义书签。2.4.5接枝特征参数的计算...............................................................10第3章...................................................................................错误!未定义书签。3.1................................................................................错误!未定义书签。3.2................................................................................错误!未定义书签。3.3................................................................................错误!未定义书签。3.4................................................................................错误!未定义书签。3.5................................................................................错误!未定义书签。第4章结论...................................................................................................12参考文献.............................................................................................................20致谢.................................................................................................................141第1章引言1.1论文选题缘由淀粉原料来源广，种类多，产量丰富，用途广泛。近年来随着淀粉科学技术的发展，对淀粉进行二次加工，改变其性质使其更适于应用的要求，这种二次加工的产品统称为变性淀粉，淀粉接枝共聚是淀粉改性的重要方法之一。高吸水性树脂(SuperAbsorbentPolymer，SAP)是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度网络结构的高分子聚合物[1]。它不溶于水，也不溶于有机溶剂，具有独特的吸水和保水性能，同时具备高分子材料的优点，具有吸水容量大、速度快、保水能力强等卓越性能，明显优于传统的吸水材料如纸、棉、海绵等[2]。由于SAP的用途极为广泛，受到各国高度重视，可见进一步开发SAP仍然有很重大的意义。1.2课题的研究背景1.2.1国内外研究进展自从1958年Mino和Kaizerman发现铈（Ⅳ）盐引发烯类单体在淀粉上接枝以来，人们对这种具有独特性能的变性淀粉进行了广泛的研究。1974年美国农业部北方研究所的G.F.Fanta等人在前人合成淀粉接枝共聚物的基础上，制得了淀粉接枝丙烯腈共聚物，引起了各国学者的浓厚兴趣，此后淀粉接枝共聚物逐渐成为一个独立、新兴的科研领域。近几十年各国学者对这个领域进行了广泛而深入的研究，涉及的国家有美、英、法、德、前苏联、意、日、印度和中国等十几个主要国家。80年代初，淀粉接枝共聚在我国的研究才引起注意和重视。近年来，接枝共聚淀粉以其应用范围的广阔性，引起了不少专家学者的注意。目前国内研究淀粉接枝共聚的文献报道和专利层出不穷[3]。进入80年代，由于日木、欧美等国纸尿片的迅速普及，高吸水性树脂的用量也迅猛增加，各生产公司因而竞相采用不同的原料、不同的合成工艺进行生产，使高吸水性树脂的品种除了早期的淀粉接枝聚丙烯腈类、淀粉接枝聚丙烯酸类外，还开发了纤维素类、聚丙烯酸盐类、醋酸乙烯类等。合成方法从接枝共聚逐渐转向多糖类的羧甲基化及亲水性乙烯基单体的交联聚合。2到了90年代，高吸水性树脂需求量继续膨胀，平均年增长率高30%~40%，对其品种、合成途径、性能及应用领域等方面的研究日趋成熟。如在聚合实施方法上，采用了工艺较先进的反相悬浮聚合代替水溶液聚合，反相悬浮聚合解决了水溶液聚合的传热、搅拌困难等问题，且反应条件温和，副反应少。目前，交联聚合吸水性树脂大多采用这一工艺。我国高吸水性树脂的研制工作起步较晚，1982年中科院化学研究所的黄美玉等在国内最先合成了聚丙烯酸盐类的高吸水性树脂。1983年上海大学研制的淀粉-丙烯酸共聚物（SDL-A-700,SDL-B-1000）等系列产品，通过了上海高教局鉴定。1987年北京纤维研究所、纺织科学研究院与山东省济宁化肥厂联合研制出聚丙烯酸类的高吸水性树脂，并建起国内第一套100t/a的生产装置。我国先后有40多家单位从事过这方面的研究。从1988年开始有专利。但随着我国改革开放的深入，人民生活水平的提高，高吸水性树脂的需求市场潜力十分巨大。20世纪90年代至今，高吸水性树脂的合成研究和应用就更为广泛，在吸水剂的性能改进和提高、制备方法的简化实用、应用领域的不断拓宽上进展很快。欣凯等人以过硫酸铵为引发剂，环氧氯丙烷为交联剂，先将丙烯酸钠、丙烯酰胺进行预聚，再加入淀粉的二步聚合法制备超强吸水剂，所得产品对去离子水及0.9%食盐水的吸水率最高分别为2800g/g和160g/g，吸水速度快，可用作农用保水剂、土壤改良剂和增粘剂，更适用于生理卫生用品和纸尿布。1.2.2高吸水性树脂的应用由于高吸水性树脂良好的吸水能力和保水性，农业上用作土壤保水剂。只要在土壤中混入0.1%的高吸水性树脂，土壤的干湿程度会得到很好的调节，使作物长势旺盛，产量提高，节省劳力。当水分过多时，树脂会把多余的水分吸收掉，当干涸时，又会把水分释放出来，这在缺水地区尤为重要。用高吸水性树脂直接包覆电缆或制成带子包覆电缆，可以防止水对电缆的侵害，目前在电力电缆和通讯电缆方面正在扩大应用，尤其是在光纤电缆方面有广阔的市场。在包