淀粉_丙烯酸_丙烯酰胺三元接枝物的制备及性质研究_郭军

淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的研究一、引言- 介绍淀粉以及丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的基本概念和研究背景- 明确本研究的研究目的和意义二、材料与方法- 描述实验中使用的淀粉、丙烯酰胺和丙烯磺酸钠等材料- 详细阐述实验过程中的各项步骤及其所使用的试剂和仪器设备三、结果与分析- 展示实验结果，包括淀粉与接枝单体进行共聚反应后的产物- 通过对产物的性能测试和分析，验证了其特殊的物理化学性质和应用前景四、讨论- 分析淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的结构及其在实际应用中的物理化学特性- 对实验结果可能存在的问题进行探讨和分析，探索未来进一步研究的方向和思路五、结论- 总结本研究的主要结论和发现- 完整、简洁地表达本研究对淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的理解及其应用前景。

第一章：引言淀粉是植物性天然高分子，其来源丰富，价格低廉，在包装材料、纤维材料、功效性食品、医药等多个领域得到了广泛的应用。

然而，纯淀粉在应用中的物理化学性质较为单一，导致其应用受到一定的限制。

为了克服淀粉应用的一些缺陷，人们不断寻找新的材料或对淀粉进行改性。

目前，淀粉的改性方法主要包括物理、化学和生物法等，其中在化学改性中丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝方案是较为常见的一种。

在该方案中丙烯酰胺作为功能单体，通过接枝技术与淀粉分子发生化学反应，在淀粉分子的骨架上引入丙烯酰胺功能单元，从而构建出具有新的物理化学性质的淀粉改性材料。

丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物是一种新型的聚合材料，在其杂化结构中将丙烯酰胺的亲水性和丙烯磺酸钠的亲油性合理地结合起来，形成独特的相互作用机制。

由此，丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物可以被广泛运用于水凝胶、吸附材料、油水分离材料、高分子药物等领域。

因此，对于淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的研究，能够有效地扩大淀粉的应用范围及其改性材料的性能。

因此，本研究的研究目的在于：1. 探究丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物在淀粉改性中的应用效果；2. 研究淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物的结构和特性；3. 探索淀粉与丙烯酰胺／丙烯磺酸钠接枝共聚物未来的应用前景。

第15卷第6期高分子材料科学与工程V o l.15,N o.6　1999年11月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G N ov.1999 文章编号:100027555(1999)0620167202淀粉-丙烯酸接枝共聚新工艺研究α默丽敏　王锡臣　王佩璋(北京轻工业学院,北京,100073)摘要　研究了淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂的新工艺。

结果表明,在淀粉接枝丙烯酸的共聚物中填充一定量的糊化淀粉,进行热交联,由于二者的协同作用,使树脂的吸水率不仅不降低而且还略有提高。

树脂中淀粉含量明显增加,成本大幅度降低,有利于高吸水树脂的推广应用。

关键词　淀粉,丙烯酸,接枝共聚,填充,糊化中图分类号:TQ316.342 文献标识码:A 高吸水树脂一般分为两大类,一类是以淀粉和纤维素为原料与乙烯基单体接枝共聚而制成的天然高分子改性产品,第二类是以石油化工产品如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯为原料通过聚合反应制成的合成产品。

由于石油资源日益匮乏,天然高分子改性产品尤其是淀粉接枝共聚物的合成已引起广泛重视。

但由于工艺上的原因,产品的质量和生产成本等尚存在一定问题,产品的推广应用受到一定程度的限制。

本文针对目前存在的问题作了探索性研究并取得较好效果。

1　实验部分1.1　试剂马铃薯淀粉:生化试剂,北京化学试剂公司产品。

丙烯酸:化学纯,北京益利精细化学品有限公司产品。

过硫酸铵:分析纯,北京化工厂产品。

氢氧化钠:化学纯,北京化工厂产品。

1.2　淀粉-丙烯酸共聚物的制备在装有搅拌器、温度计、氮气导入管的三口烧瓶中,加入5g淀粉和一定浓度的N aOH溶液,搅拌下通氮气,并升温至45℃,糊化0.5h,加入丙烯酸(用N aOH预中和,中和度为80%),搅拌10m in后加引发剂,恒温反应3h,得未交联淀粉2丙烯酸共聚物,待用。

1.3　糊化淀粉填充淀粉-丙烯酸共聚物高吸水树脂的制备淀粉与一定浓度的N aOH溶液在一定温度下糊化0.5h后,按一定量填充到上述接枝共聚物中,搅拌混合后热交联即得高吸水树脂。

玉米淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂一、实验目的1.掌握溶液聚合法制备玉米淀粉接枝丙烯酸聚合物的原理及工艺。

2.了解高吸水树脂的性能特点。

二、实验原理淀粉接枝型丙烯酸酯类高吸水性树脂的主链骨架是淀粉，其主链或接枝侧链上含有亲水性基团（-OH、-COOH 和-CONH2 等），经轻度交联形成一个具有主链、支链和低交联度的三维网络结构。

此类树脂存在吸水速率慢、耐盐性差等缺点，从而其应用范围受到限制。

为了解决上述问题，诸多专家和学者采用接枝聚合方法，在淀粉分子链上引入丙烯酸、丙烯腈等离子型基团，以提高其吸水速率和吸水率。

制备过程中应研究糊化温度、糊化时间、引发剂和交联剂用量、单体浓度、接枝反应温度和反应时间等对树脂吸水性能的影响。

本实验以玉米淀粉为主要原料、丙烯酸为改性单体、过硫酸铵为引发剂和N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用接枝共聚法制备淀粉接枝丙烯酸型高吸水性树脂。

AA 单体和交联淀粉的接枝共聚反应式三、实验原料玉米淀粉；丙烯酸（AA）；过硫酸铵；氢氧化钠（NaOH）；N,N-亚甲基双丙烯酰胺；无水乙醇；去离子水.四、实验仪器电子天平、水浴锅、搅拌器、250ml三口烧瓶、回流冷凝管、100ml烧杯、250ml烧杯、称量纸、滴管（5支）、广泛pH试纸、20ml量筒、15cm表面皿、研钵、40目铜筛、烘箱、300目滤布。

五、实验步骤1.玉米淀粉15g、去离子水120 g加入三口烧瓶，搅拌成悬浮液。

2.上述悬浮液于80 ℃搅拌糊化1 h 后冷却至60 ℃，再加入0.5g（也可0.6 g、0.8 g）过硫酸铵，恒温搅拌10 min，降温至60℃待用。

3.将AA 10 g 用30%NaOH 溶液中和，控制中和度为80%~100%（AA与NaOH摩尔比，提前计算好），待中和液降至室温时，加入0.2 g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后倒入糊化淀粉中。

4.使其充分混合均匀，于60 ℃搅拌反应2 h。

5.取聚合产物30 g，用无水乙醇洗涤2～3 次，再经100干燥、粉碎和过筛后，得到浅黄色晶状高吸水性树脂。

第21卷　第4期宝鸡文理学院学报(自然科学版)Vol.21　No.4 2001年12月Journal of Baoji Colleg e of Arts an d Science(Natural Science)Dec.2001淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的合成工艺研究X牛春明1,苗建英2,高　伟3(1.宝鸡卫生学校,陕西宝鸡721008;2.宝鸡文理学院化学化工系,陕西宝鸡721007;3.宝鸡市中心医院陕西宝鸡721008)摘　要:研究了淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的合成方法。

选用硝酸铈铵作引发剂,研究了接枝反应温度、时间以及物料比等因素对接枝率的影响,实验结果表明:当淀粉与丙烯酰胺质量比为1∶1.5,加入引发剂硝酸铈铵约1%,35℃反应3h,能达到接枝率90%。

关键词:淀粉;丙烯酰胺;接枝共聚物中图分类号:O631.5 文献标识码:A 文章编号:1007-1261(2001)04-0292-03Synthesis process of scion graftingpolymerization of starch and acrylamideNIU Chun-ming1,MIAO Jian-ying2,GAO Wei3(1.Baoji Nursing School,Baoji721008,Shaanxi,China;2.Dept.Chem.&Chem.Eng.,Baoji Coll.Ar ts&Sci.,Baoji721007,Shaanxi,China;3.Baoji Cit y Center Hospit al,Baoji721008,Shaanxi,China)Abstr act:T he synthesis process on scion grafting polymer ization of starch and ar ylamide has been studied.T he factors such as scion grafting reaction temperature,polymerization time and propor tion of reactants mass on the scion grafting polymerization yield,are discussed with ammonium cerium nitrate as initiator.T he experimental results show that scion grafting polymerization yield can r each90%at 35℃,the propor tion of starch and acrylamide is1∶1.5,put in1%initiator,reacting3h.Key wor ds:starch;acrylamide;scion grafting polymerization 造纸工业是轻工业的一个重要组成部分,近几十年来,随着中性造纸的发展和环境保护的要求,造纸化学助剂的需求量不断增大;并且质量要求越来越高。

淀粉接枝丙烯酸-丙烯酰胺三元共聚物的制备与性能研究吴景梅;张毅;陶冬平【摘要】无氮气保护下,以过硫酸钾为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,用水溶液法制备了淀粉(St)-丙烯酸(AA)-丙烯酰胺(AM)三元共聚树脂,重点讨论了原料配比、AA中和度、交联剂用量、引发剂用量等因素对产物吸水性能的影响.实验表明,在反应温度为50 ℃,AA中和度为60%,AM/AA=0.3,交联剂用量0.6%,引发剂用量5%,反应时间3 h,所得产物吸水性能最好,室温下对去离子水吸水率达930 g/g.通过红外光谱对产物的化学结构进行了分析.%The starch grafting acrylic acid and acrylamide copolymer resin was prepared by water solution polymerization method using potassium persulfate as initiator and N,N-methylene-bis acrylamide as the crosslinking agent without nitrogen gas protection.The influences of ratio of AM/AA,neutralization of acrylic acid,initiator and crosslinking agent were studied on water absorption of the resin.The optimal polymerization conditions were obtained when the reaction temperature was 50 ℃,react ion time 3 h,neutralization of acrylic acid 60%,the ratio of AM/AA 0.3,amount of crosslinking agent 0.6% and the initiator 5% of starch dosage.The resin synthesized under these conditions,the absorbency for distilled water could be reached 930 g/g at room temperature.The structure of graft copolymers were characterized by IR.【期刊名称】《商丘师范学院学报》【年(卷),期】2018(034)003【总页数】4页(P26-29)【关键词】淀粉;丙烯酸;丙烯酰胺;接枝;共聚【作者】吴景梅;张毅;陶冬平【作者单位】蚌埠学院材料与化学工程学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院材料与化学工程学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院材料与化学工程学院,安徽蚌埠233030【正文语种】中文【中图分类】O636.1+2淀粉(St)接枝丙烯酸(AA)-丙烯酰胺(AM)树脂是一种新型的功能高分子材料，具有一定交联度的空间网络结构并含有大量的亲水基团.具有较高的吸水性能，能够吸收比其自身质量大数百倍乃至上千倍的水分；吸水后交联的三维网状结构溶胀呈凝胶状，水分不易流失，具有较强的保水性[1，2].高吸水性和强保水性能，使其在食品加工、医药卫生、土木建筑、农业园艺、石油化工以及日用化工等[3-5]方面获得广泛应用，并向保墒抗旱、植树造林、促进作物生长等更广阔的应用领域拓展. 目前St-AA-AM树脂的制备多是在氮气氛围中进行，本文在无氮气保护下，以淀粉、AA、AM为原料，用水溶液法制备St-AA-AM三元共聚树脂，以简化制备工艺，降低合成成本.1 实验部分1.1 仪器与试剂可溶性淀粉(AR)：天津市永大化学试剂有限公司；丙烯酸(AR)：天津市致远化学试剂有限公司；丙烯酰胺(AR)：天津瑞金特化学品有限公司；N，N-亚甲基双丙烯酰胺(AR)：上海凯尔生物科技有限公司；过硫酸钾(AR)：江苏彤晟化学试剂有限公司；丙酮(AR)：江苏强盛功能化学股份有限公司；无水乙醇(AR)：上海振企化学试剂有限公司；氢氧化钠(AR)：上海聚泰特种试剂有限公司.电动搅拌器：JJ-1A型，金坛市晶玻实验仪器厂；循环水式多用真空泵：SHZ-D(Ⅲ)，巩义市英峪高科仪器厂；数显恒温水浴锅：HH-2，上海红星仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱：DHG-91012A，上海三发科学仪器有限公司；傅里叶红外光谱仪：FTIR-850，天津港东科技发展有限公司.1.2 实验方法称取6 g可溶性淀粉，置于一定量的去离水配成12%的淀粉乳溶液后，加入装有温度计和冷凝管的四口烧瓶中，搅拌成悬浮液，于85 ℃的恒温水浴中糊化至透明，冷却，待所得乳化液温度降至50 ℃左右，加入一定量过硫酸钾，保持50 ℃水浴温度搅拌35 min.将具有一定中和度的AA溶液、AM按一定比例混合后加入滴液漏斗，在滴液漏斗中再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，混合均匀，混合液逐滴滴入四口烧瓶进行反应.待反应结束后，将产物置于250 mL烧杯中，用无水乙醇沉淀，用丙酮洗涤，抽滤，剪碎，在75 ℃干燥箱中干燥至恒重，用研钵研磨成粉末状，测其性能.1.3 性能分析与表征FTIR分析：KBr压片法，FTIR-850工作站测试范围为4000-500 cm-1，扫描32次，分辨率为4 cm-1.吸水率测定：称量m1 g产品放入烧杯中，加入大量去离子水(生理盐水)，置于30 ℃恒温水浴中，使其充分吸水达饱和状态(溶胀平衡)，用100目的滤网过滤，滤去表面多余的水分，然后称其质量m2 g，则吸水率：式中，A—吸水率(g/g)；m1—吸水前样品的质量(g)；m2—吸水后产品的质量(g) 2 结果与讨论控制AA中和度60%、AM/AA质量比0.3、交联剂用量0.6%、引发剂用量5%，改变反应时间，产物吸水率与反应时间的关系如图1所示，由图1可知：当反应时间低于3 h，随着反应时间的延长，吸水率逐渐升高，当反应时间超过3 h，吸水率快速下降.这是因为开始后随着反应的持续进行，链增长反应速率逐渐加快，同时，发生交联反应使产物的吸水率上升；但反应时间过长，产物黏度过高，流动性变差，形成凝胶状聚合物，这主要是由于随着反应时间的延长，空间网状结构越来越密，致使树脂吸水时，三维网络空间不易伸展，吸水能力下降.图1 反应时间对产物吸水率的影响图2 丙烯酸中和度对产物吸水率的影响2.2 丙烯酸中和度对产物吸水率的影响控制反应时间3 h、AM/AA质量比0.3、交联剂用量0.6%、引发剂用量5%，改变AA中和度，产物吸水率与AA中和度之间的关系如图2所示，由图2可知：随着AA中和度的增加，产物吸水率先增后减，当中和度为60%时，产物吸水率最大.这是由于AA中和度的增加，实际上是提高反应中的羧酸钠离子含量，羧酸钠离子的存在有利于聚合网络形成，羧酸钠离子在水中是以—COO-存在的，在水中的离解能力远大于—COOH，—COO—可使聚合物的链伸展，增加了不同链之间的排斥力，使聚合物链与链之间存在适宜的空间，不致于因三维网络空间太过紧密，吸水时空间不易舒展.所以当中和度增加时，产物中的—COONa增多，吸水时聚合物的网络空间得到较好的扩展，从而使吸水性也大大提高；但是当反应体系中的—COONa浓度过大时，其会导致聚合物分子中—COONa的含量增多，空间太过稀疏，水分子的进入，增加树脂的水溶性，导致吸水率下降.控制反应时间3 h、AA中和度60%、交联剂用量0.6%、引发剂用量5%，改变AM/AA比例，产物吸水率与AM/AA质量比之间的关系如图3所示，由图3可知：随着AM/AA比例的增加，产物吸水率先增大后减小，当AM/AA比例为0.3时，产物的吸水率最大.这主要是由于AA为离子型单体，AM为非离子型单体，AA及中和生成的—COONa均为离子型单体，具有良好的亲水性能，而AM为疏水性的单体，接枝到淀粉大分子中起疏水作用.适量的—CONH2的加入可有效避免水溶树脂的发生(因为大量—COOH、—COONa存在而表现出树脂的可溶性)，提高树脂的吸水性，但是过量的—CONH2会使树脂的疏水性大大提高，导致树脂吸水性的降低.所以适量的单体配比，可有效地控制树脂的吸水率.图3 AM/AA质量比对产物吸水率的影响图4 交联剂用量对产物吸水率的影响2.4 交联剂用量对产物吸水率的影响图5 引发剂用量对产物吸水率的影响控制反应时间3h、AA中和度60%、AM/AA质量比0.3、引发剂用量5%，改变交联剂用量，产物吸水率与交联剂用量之间的关系如图4所示，由图4可知：随着交联剂用量的增加，产物吸水率先增大后减小.当交联剂用量占淀粉用量比为0.6%时，产物有最大的吸水率.这是因为交联剂用量控制了产物的交联度，当交联剂用量太少时，树脂的三维网状结构和空间的网络交联点较为稀疏，产物中线性分子较多，吸水时，水分子进入三维网状中时，显现出的是溶剂化作用，而线性分子却不具有容纳水分子的作用，所以在一定交联剂用量范围内，随着交联剂用量的增加，吸水率升高，但当交联剂用量过多时，三维网状结构太过浓密，使树脂网状结构吸水时，空间不易伸展，吸水能力下降.2.5 引发剂用量对产物吸水率的影响控制反应时间3 h、AA中和度60%、AM/AA质量比0.3、交联剂用量0.6%，改变引发剂用量，产物吸水率与引发剂用量之间的关系如图5所示，由图5可知：当引发剂用量低于5%，随着引发剂用量的增加，产物的吸水率逐渐增大，高于5%时，产物吸水率下降.这是由于引发剂用量是决定产物结构的重要因素，当用量低于5%时，随着引发剂用量的增加，接枝率和接枝效率都将会有一个很大提高，所以产物吸水率会增加，但是反应体系中的引发剂达到一定量时，接枝效率会出现降低，树脂链长随着引发剂浓度的升高而缩短，导致吸水率的降低.2.6 红外光谱分析图6为可溶性淀粉的红外光谱图，图7为共聚产物的红外光谱图，由图6可知：在3300 cm-1处是可溶性淀粉中—OH的特征伸缩振动吸收峰，而且在574 cm-1、759 cm-1和848 cm-1处都有与可溶性淀粉的特征吸收峰；由图7知在3438.46 cm-1处出现的伸缩振动吸收峰，峰面积明显大于淀粉中相应峰的峰面积，说明了此处不止有淀粉中的—OH伸缩振动，还有产物中的—OH和—NH的伸缩振动，可能还有少量AA中的—OH和AM中的—NH的伸缩振动.在1681.62cm-1处是羰基伸缩振动吸收峰，在1556.27 cm-1处有N—H弯曲振动吸收峰，1413.57 cm-1处有酰胺C—N伸缩振动吸收峰，在574.68 cm-1、759.82 cm-1和848.53 cm-1处吸收峰变弱，说明AA和AM接枝到淀粉分子中.3 结论在无氮气保护下，以过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过水溶液法制备St-AA-AM三元共聚树脂，通过单因素分析法，对反应所得聚合物的吸水性进行比较，通过红外光谱对产物的化学结构进行了分析.图6 可溶性淀粉红外光谱图图7 共聚产物红外光谱图重点讨论了反应时间、AA中和度、单体配比(AM/AA)、交联剂用量、引发剂用量对产物吸水性能的影响.实验结果表明，当反应时间为3h，AA中和度为60%，AM/AA=0.3，交联剂用量为0.6%时，引发剂用量为5%时，所得产物吸水性最高，去离子水吸水率达930g/g.参考文献：[1]单俊鸿，王校伟，王稷良，等.高吸水性树脂应用于混凝土的研究现状[J].新型建筑材料，2015(7):18-21[2]余云祥，张义，夏世斌.高吸水性树脂研究进展[J].化工新型材料，2014，42(1):10-12.[3]龚吉安，李倩，赵彦生.高吸水性树脂的发展及研究现状[J].应用化工，2012，41(5):895-897.[4]余响林，曾燕，李兵，等.新型功能化高吸水性树脂的研究进展[J].化学与生物工程，2011，28(3):8-12.[5]Ma Zuohao，Li Qian，Yue Qinyan，et al.Synthesis and characterization of a novel super-bsorbent based on wheat straw[J].Bioresource Technology，2011，102(3):2853-2858.。

淀粉改性丙烯酸的制备及其性能的研究摘要：丙烯酸酯类单体共聚获取的乳液就是丙烯酸，丙烯酸作为配制的乳液具备施工简便、耐碱性好、耐水性强以及粘接度高等诸多特点。

近年来，原材料不断上涨，人们愈加重视环保，针对淀粉改性丙烯酸展开进一步研究将是必经之路。

众所周知，淀粉属于天然可再生资源，无污染，可降解，不会威胁环境，是用之不竭、取之不尽的。

本文将以淀粉改性丙烯酸为例，针对其性能展开深入剖析，仅供相关人士参考借鉴。

关键词：淀粉改性丙烯酸；制备；性能；研究1淀粉改性丙烯酸絮凝剂的合成实验原理淀粉与丙烯酸在引发剂的作用下，首先让淀粉分子失去一个氢，产生淀粉自由基，然后自由基与单体相结合，通过链增长成为聚合物，再通过交联剂的作用使得链与链之间进行交联，形成一个网络结构，如图1所示。

图1淀粉改性丙烯酸接枝交联反应2淀粉接枝丙烯酸高分子絮凝剂的合成流程单体与淀粉质量比应该是10：3，用一定量氢氧化钠中把丙烯酸中和度调到90%，形成丙烯酸盐和淀粉质量3%的交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，混合后，备用。

在250ml的三口圆底烧瓶中加入一定量的玉米淀粉与水，并将其放置恒温水浴锅中，然后安装搅拌设备，实施搅拌，升至凝胶温度，再将其拿出进行降温，等达到反应温度时，可将1.8moL引发剂过硫酸钾加入到烧瓶中实施搅拌，时间控制在10分钟左右，加入单体混合物与还原剂亚硫酸氢钠，通入氮气保护，待一段时间得到完全反应后，在容器中直接倒入成品，随后置于纺织恒温干燥箱对其实施烘干，待完全烘干后可粉碎使用。

3最佳工艺条件3.1反应温度对接枝率影响基于各种条件不变的前提下，从图2中可以得知，只有反应温度会改变，在聚合反应温度的不断提升下，接枝率也将得到快速升高，接枝率在温度达到80度后还会出现下降情况。

在反应温度的不断升高期间，会逐渐加大活性链终止速度与链转移反应速度，以此来降低淀粉接枝聚合反应的转化率与接枝率，故而最佳且较为适宜的反应温度就是80度。