淀粉丙烯酸接枝共聚物

1、1 / 7 淀粉- 丙烯酸接枝共聚物的制备及其吸水性能研究姓 名好班 级：好学 号：好2015 年 1 月 10 日2 / 7 一、实验目的1. 学习并掌握淀粉接枝聚丙烯酸吸水树脂的制备原理和方法；2. 了解吸水树脂的吸水机理；3. 学习并掌握吸水树脂的相关表征：接枝率、吸水率和保水率的测定方法；4. 学习并掌握参数改变法进行实验设计与优化；明确树脂结构与吸水性能的关系。二、实验原理淀粉接枝丙烯酸类吸水性树脂主要是淀粉接枝丙烯酸、甲基丙烯酸或其他烯烃羧酸。它的制备原理包括离子型接枝共聚和自由基型接枝共聚。淀粉与乙烯基单体接枝共聚物的制备，一般采用自由基引发，即通过一定的方式，先在淀粉的大分子上

2、产生初级自由基，然后引发接枝具有不饱和键的单体，使淀粉的大分子上产生初级自由基，然后引发接枝具有不饱和键的单体，使淀粉自由基与其发生亲核连锁反应。引发淀粉成为自由基的手段主要有物理方法和化学方法两大类。物理法主要是用电子束或放射线性元素的射线照射淀粉成自由基，再与乙烯基单体反应；化学法是指利用氧化还原反应等引发淀粉成自由基，再与具有不饱和键的单体反应。反应进程如下：淀粉接枝聚丙烯酸反应的示意图有时自由基会在单体上形成，得到不含淀粉的单体聚合，即均聚物。实验中，淀粉接枝共聚物为接枝聚合物和均聚物的混合物，越高的接枝率使得均聚物越少。三、仪器与试剂试剂：淀粉，丙烯酸，氢氧化钠，浓盐酸，够硫酸铵，n

3、,n-亚甲基双丙烯酰胺，氮气；真馏水，自来水；模拟尿；淀粉- 碘化钾溶液。仪器：四口烧瓶、温度计、索是提取器、回流冷凝管、机械搅拌器、表面皿、烧杯、干燥箱、加热水浴锅。4、 实验步骤1.(1) 淀粉糊化在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和导气管的四口瓶中加入2g 淀粉和 60g 水，加热至 90 度，通入氮气，进行搅拌糊化，糊化60 分钟后，降温至50 度。(2) 接枝聚合物制备用一个小烧杯称取30g 丙烯酸，加入7.5mol/l的氢氧化钠溶液中和至设定中和度（中和 71%mol的丙烯酸），冷却至室温后，加入引发剂过硫酸铵0.3772g 和交联剂n,n亚甲基双丙烯酰胺0.0085g 溶解， 再加

4、入到四口瓶中同时通n2，搅拌， 在 5060 度反应 11.5 小时，将反应产物冷却、 用无水乙醇洗涤、 抽滤。产物为白色半透明弹性物质，3 / 7 将产物切割成细小块。(3) 接枝聚合物表征a、将洗涤后的白色半透明弹性物质，称取三份各10g，为 a,b,c。 a 在 120 摄氏度烘箱干燥至恒重，粉碎得白色粉末状产物为m1。 b,c 两份粗产物反复用无水乙醇洗涤，过滤，然后用丙酮洗涤，过滤三次。随后将粗产物剪碎，以乙醇为萃取剂在soxhlet提取器中抽提3h，以出去均聚丙烯酸。将抽提后的b烘干至恒重，即得纯接枝共聚物，得m2。将 c三口烧瓶，再加入300ml的1mol 的盐酸溶液， 回流 3

5、h，将淀粉彻底水解， 水解程度用淀粉试纸检验。然后用 1mol/l的氢氧化钠溶液中和，过滤，水洗至无cl 离子，所得不溶物即为接枝侧链。将其在烘箱中至恒重，称量得m3。b、接枝共聚物的接枝率测定：接枝率是指1g 淀粉所接枝上的聚丙烯酸的量。g=m2/（m1-m2 ）式中： g接枝率， g/g ；m1纯接枝共聚物；m2 接枝侧链c、吸水率的测定：吸水率是指1g 吸水树脂所吸收去离子水的量室温下，称取干树脂样品a和 b各 0.1g 两份放入烧杯中，各分别加入100ml 的自来水和 50ml 模拟尿，搅拌均匀，静置过夜，用100 目尼龙丝网过滤至五水低落，称量吸水后树脂，计算树脂的吸水倍率。q=(m

6、1-m2)/m1 式中： q吸水倍率， g/g ；m1 树脂凝胶未吸水的质量；m2 树脂凝胶充分吸水后的质量；d、保水率的测定：取一定量充分吸水的树脂凝胶，放入恒温烘箱中，测定不同时间内树脂凝胶的质量。b=(m1/m2)*100% 式中： b树脂的保水率，% ；m1定时脱水后的树脂凝胶的质量；m2 吸水饱和的树脂凝胶质量e、失水率的测定：（树脂凝胶最初质量树脂凝胶失水后质量）/ 树脂凝胶最初质量* 100% 将上述实验中 a,b 吸水后的饱和树脂凝胶置于玻璃皿中，铺平，在50 摄氏度烘箱中，每隔30min 称重一次，记录树脂凝胶水分蒸发后的质量，计算失水率。5、 实验结果与讨论：a:10g 粗

7、产品干燥后质量4.66g ；b:10g 粗产品索氏抽提后干燥后质量4.62g ；c:10g 粗产品索氏抽提后再水解干燥后质量2.56g 1. 实验数据记录淀粉质量： 2g ； 水的质量： 60g ； 糊化时间： 60min ；反应时间： 1.5h ； 反应温度： 54序号单体： 淀粉 （质量比）单体：引发剂：交联剂（摩尔比）接枝率（g/g ）蒸馏水吸液率（ g/g ）粗产品纯产品4 / 7 接枝率与吸水率的关系图：2.吸液性能比较a、 吸液性能与单体用量的关系理论上，产物的吸水倍率随单体的量增加而增大，但是，单体用量过高时，引发剂会引发交联剂产生单体自由基，生成的均聚物的量增加，接枝率下降，吸

8、水率也降低。粗产品吸液10 15:1 1000:3:0.06 0.12 299 328.1 11 15:1 1000:5:0.06 12 15:1 1000:8:0.06 0.57 400.2 259.6 13 15:1 1000:3:0.1 1.64 268.9 341.1 14 15:1 1000:5:0.1 1.70 257.6 287.4 15 15:1 1000:8:0.1 0.44 294.9 206.9 16 15:1 1000:3:0.14 1.46 273.1 192.3 17 15:1 1000:5:0.14 2.37 174.1 173.3 18 15:1 1000:8:

9、0.14 1.09 210.1 208.7 19 20:1 1000:3:0.06 20 20:1 1000:5:0.06 0.77 253.8 213 21 20:1 1000:8:0.06 0.58 218.9 206.1 22 20:1 1000:3:0.1 1.22 224 441.1 23 20:1 1000:5:0.1 0.79 221 295.4 24 20:1 1000:8:0.1 1.05 212.9 220.7 25 20:1 1000:3:0.14 1.39 270 368.3 26 20:1 1000:5:0.14 0.70 332.3 228.9 5 / 7 b、吸液

10、性能与引发剂用量变化图c、吸液性能与交联剂用量关系图序号单体： 淀粉 （质量比）单体：引发剂：交联剂（摩尔比）接枝率（g/g ）粗产品吸液率纯产品吸液率13 15:1 1000:3:0.1 1.64 268.9 341.1 14 15:1 1000:5:0.1 1.70 257.6 287.4 15 15:1 1000:8:0.1 0.44 294.9 206.9 序号单体： 淀粉 （质量比）单体：引发剂：交联剂（摩尔比）接枝率（g/g ）粗产品吸液率纯产品吸液率20 20:1 1000:5:0.06 0.77 253.8 213 23 20:1 1000:5:0.1 0.79 221 295

11、.4 26 20:1 1000:5:0.14 0.70 332.3 228.9 6 / 7 3.吸水率测定初质量树脂所吸液体质量蒸馏水模拟尿自来水氯化钠氯化钙粗产品0.122.43.7620.813.970.4纯化品0.144.114.0425.154.940.34丙烯酸0.12.960.693.60.560.474.保水率测定时间（小时）0 0.5 1 1.5 2 粗产品吸水倍率224 215.1 199.1 188.4 171.7 粗产品保水率1 96.00% 88.80% 84.10% 76.7% 纯产品吸水倍率441.1 413.6 382 351.2 320.8 纯产品保水率1 93

12、.80% 86.60% 79.60% 72.70% 丙烯酸吸水倍率29.6 20 12.5 6.7 1.5 丙烯酸保水率1 67.60% 42.20% 22.60% 5.10% 7 / 7 6、 结果与讨论树脂吸液量受多种因素共同影响。引发剂的量越大，吸液性能越差；交联剂的量增加，吸液性能先增大后减小；丙烯酸用量越大，吸液性能越好，但不可过量。接枝反应升温不可过快，会导致体系黏度突增或交联过快情况，造成产物喷涌。树脂的吸水性能好坏与体系中形成的三维网状结构直接相关。三维网状结构越完善，交联适当，容纳水的空间越大，吸水性能就越好。树脂的保水率与树脂的纯度有很大关系，接枝副产物均聚物将直接影响树脂的保水效果。7、 回答问题1.接枝率丙烯酸的分子量对吸液性能有什么影响？答：接枝率丙烯酸的分子量越大说明侧链中所含的亲水基团（羧基）越多，这样吸水效果更好， 同时分子量的增加这样侧链体积也越大，形成的网状结构也越大，树脂网络结构是吸水能力强大的结构因素，因此吸水性能加强。2.淀粉为什么要糊化？有什么作用？答：因为在接枝过程中，糊化的淀粉接枝效果比原淀粉好，由于淀粉经过糊化后，分子链在水中得到充分的舒展，便于催化剂和单体与其各部分接触而发生接枝反应。3.交联剂的用量对吸液性能有何影响？