淀粉改性吸水性树脂的制备

专业方向课程设计题目淀粉改性吸水性树脂的制备 学院： 化学化工学院 专业:高分子材料与工程班级:1002学号: 学生姓名： 导师姓名： 黄先威刘拥君刘艳丽 课程设计任务书班级：1002 学院： 化学化工学院班级：1002 姓名：王鑫 同组人员姓名： 唐立鹏课程设计题目：淀粉改性吸水性树脂的制备课程设计内容及设计要求：1•查阅文献资料，了解吸水性树脂的研究进展，设计实验方案，提交开题报告；2•采用淀粉为基体，采用铈离子引发体系接枝烯类单体制备高吸水性树脂，通过系列实验探索实验条件，作好实验的详细真实记录并及时小结分析；3•精选实验样品进行吸水性能和耐盐性能的测试，并进行有关表征；4•归纳、分析总结实验研究数据，撰写课程设计论文；课程设计时间安排： 3月4日至3月15日第2周查阅文献，了解吸水性树脂的研究进展，设计实验方案，并开始实验研究。第丄周继续进行实验研究，精选实验样品并进行测试，归纳总结写出课程设计论文。主要参考资料:指导教师： 黄先威刘拥君刘艳丽教研室主任： 黄先威 教学畐ij院长： 陈建芳 2013年丄月丄日目录TOC\o"1-5"\h\z前言 3\o"CurrentDocument"1个人卫生用品和医用材料 3\o"CurrentDocument"农业和园艺上的应用 3\o"CurrentDocument"在工业上的应用 4关键词 淀粉，丙烯酰胺，硝酸铈铵，N,N—亚甲基双丙烯酰胺，接枝\o"CurrentDocument"共聚 4\o"CurrentDocument"2实验部分 4\o"CurrentDocument"实验仪器 4\o"CurrentDocument"实验药品 5\o"CurrentDocument"实验步骤 5\o"CurrentDocument"吸水率的检测方法 5\o"CurrentDocument"吸水率的计算 5\o"CurrentDocument"3．结果与讨论 6\o"CurrentDocument"3.1交联剂用量的影响 6\o"CurrentDocument"3.2引发剂的用量的影响 63.3单体的用量的影响 7\o"CurrentDocument"3.4反应温度的影响 84.结论 8\o"CurrentDocument"5.参考文献 91刖言研究淀粉改性吸水性树脂的制备的各种最佳条件。本实验采用淀粉接枝丙烯酰胺制备吸水性树脂。根据自由基聚合和接枝共聚合、交联反应的机理。实验在氮气保护的情况下，淀粉糊化后，以硝酸铈铵作为引发剂，引发淀粉产生淀粉自由基。淀粉自由基与丙烯酰胺发生接枝共聚反应，并在N,N—亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂的作用下进行接枝交联反应，产物经过洗涤，干燥后得到淀粉一丙烯酰胺接枝共聚物吸水剂。借此探讨交联剂的用量、引发剂的用量、单体的用量、反应的温度等因素对吸水剂性能的影响。得到以下最佳条件：引发剂与淀粉的质量比为0.714；交联剂与淀粉的质量比为0.0029；单体丙烯酰胺与淀粉的质量比为1.71；反应温度为35摄氏度；反应时间为3h；实验总共耗时大概为5h。在该条件下制备的吸水性树脂拥有高达100多倍的吸水性。高吸水性树脂是一种新型的功能性高分子材料。它具有非常强的吸水能力丄|能吸收自身质量几十倍乃至几千倍的水，这是以往任何吸水材料无法比拟的。高吸水性树脂不但吸水能力强，而且保水能力非常高八吸水后，无论施加多大的压力也不脱水，因此又被称为咼保水剂。由于咼吸水性树脂既具有独特的吸水性能和保水能力，同时又具备咼分子材料的优点，即有良好的加工性能和使用性能，因此，已广泛应用于农、林、园艺、医疗、生理卫生、石油、化学化工、日用品、环境保护、美容、化妆、建材、生化技术、食品等领域。国内对高吸水性树脂的研究虽仅有20年的历史，但发展迅速，并已取得了一定的成果。应用途径1个人卫生用品和医用材料这方面对高吸水性树脂的需求量最大拧约占总需求量80%左右。它主要用于生产纸尿布、卫生巾和成人失禁垫片。可以使产品减轻重量，提高吸液量和保水能力，并且具有干爽、卫生和舒适等优点。在医用材料方面，它可以用来调节血液中水分含量，缓慢释放药物。2农业和园艺上的应用由于高吸水性树脂在土壤中形成团粒结构，增加土壤透水和透气性，缩小土壤昼夜温差，同时还能吸收肥料和农药使之缓慢地放出，提高它们的效果，促进种子发芽和植物生长发育，因此高吸水性树脂在这方面主要用作土壤保水剂和改良剂，以及种子包衣剂。将高吸水性树脂与复合肥一起配置成“抗旱增效复合肥”用于盆栽花卉，可避免经常浇水施肥，起到抗旱保肥的效果并满足花卉对各种肥料元素的需要，使花卉花美枝壮。用它种植蔬菜，可提高蔬菜收获量2~3倍，并明显地减少灌溉费用。3在工业上的应用在食品工业中，尤其在保鲜方面，采用高吸水性树脂，其使用效果比聚烯烃薄膜有效。在建筑和地下工程中，将它混在水泥中胶化，可用作墙壁连续抹灰的吸水剂。还可用作防火涂布材料。在日用化学工业方面，利用它的高保水性、增稠性和缓释性，可作为添加剂用于化妆品中，保持香味持久，保水增稠，滋润皮肤，并防止在贮存中变干。将它与乙酸共聚物混合，用吹塑成型法可以吹塑成放在水中自行涨大的膨胀玩具。另外它还被广泛地用于电子材料、涂料、印刷与记录材料等工业领域淀粉类高吸水性树脂。由于其降解性好八对环境友好八成为吸水树脂领域的研究重点。我国淀粉原料十分丰富成为合成这类高吸水性树脂提供了优越的条件。目前我国在这方面研究与开发还处于起步阶段。由于淀粉类高吸水性树脂具有较好的吸水和保水能力，对它的研究越来越受到各国的重视。尤其将它用在农林业上可以提高树木的成活率，治理土地沙化，具有很高的社会效益和经济效益。目前对它的研究主要集中在合成和应用上，而理论研究相对滞后，这方面的文献不多。主要采用的理论依据是弹性凝胶基本理论和Flory的膨胀公式。这在很大程度上会影响淀粉类高吸水性树脂的发展。因此加强这方面的研究显得十分迫切，因此，需要我们高分子人不断努力。关键词 淀粉，丙烯酰胺，硝酸铈铵，N,N—亚甲基双丙烯酰胺，接枝共聚2实验部分2.1实验仪器仪器名称仪器型号生产厂家集热式恒温加热磁力搅拌DF-101B巩义市英峪予华仪器厂器增力天级恒速搅拌器DW-1巩义市予华仪器有限责任公司电热鼓风干燥箱101-2AB天津市泰斯仪器有限公司电子天平S210S北京赛多利斯公司实验药品药品名称纯度生产厂家无水甲醇分析纯上海陆都化学试剂厂可溶性淀粉AR西龙化工股份有限公司丙烯酰胺化学纯天津市科密欧化学试剂有限公司N,N'-亚甲基双丙烯酰胺化学纯天津市科密欧化学试剂有限公司实验步骤称取一定量的淀粉和一定量的水投入反应器中，调成淀粉乳，升温至80摄氏度，通入氮气约lh,生成凝胶，然后，冷却至30度，再放入一定量的甲醇、丙烯酰胺、N,N'—亚甲基双丙烯酰胺、硝酸铈铵溶液混合，于一定温度搅拌一定时间，干燥后得淀粉—丙烯酰胺接枝共聚吸水剂。吸水率的检测方法称量5g样品置于500mL烧杯中，向烧杯中加入足量的去离子水，待充分吸水后，用100目的筛网过滤，滤至无水滴滴下为止。然后称量样品重量即可。吸水率的计算吸水率=（吸水后的树脂凝胶质量—相应的干燥产品质量）/相应干燥产品质量3•结果与讨论3.1交联剂用量的影响在反应条件为淀粉7g；水20g；甲醇120g；丙烯酰胺12g；温度35摄氏度；引发剂硝酸铈铵盐溶液5g，的情况下研究了不同量的交联剂对产物吸水性能的影响。从图一中可以看出树脂吸收去离子水的能力呈先增加而后降低的趋势。这是由于随着交联剂的增加，共聚物的交联度也增加，其中形成的网络结构的空间变小，故吸水率变小。实验发现在该条件下，交联剂与淀粉的质量比为0.0029最好。o 1 1 10 0.1 0.2 0.3交联剂/g图一交联剂用量对吸水率的影响3.2引发剂的用量的影响在反应条件为淀粉7g；水20g；甲醇120g；丙烯酰胺12g；温度35摄氏度；交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.2g的情况下研究了不同的引发剂用量对产物吸水率的影响。从图二中可以看出，当引发剂硝酸铈铵盐溶液的用量达到5g左右，即引发剂与淀粉的质量比为0.714时，吸水率达到峰值，当引发剂继续增加时，树脂的吸水能力反而下降。当引发剂用量较低时，随着引发剂用量的增加，体系中自由基数目增加，反应活性中心也增加，使链增长加快，产物量也增加。当引发剂量达到某一值，而继续增加时，体系中自由基浓度过高，不仅使链增长加快，链终止反应也加快，导致产物量下降，吸水性能降低。■■20 0 1 1 1 10 2 4 6 S硝酸舖镀盐溶液/g图二引发剂用量对吸水率的影响■3.3单体的用量的影响在反应条件为淀粉7g；水20g；甲醇120g温度35摄氏度；交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.2g；引发剂硝酸铈铵盐溶液5g的情况下，研究单体用量对吸水性能的影响。从图三中可以看到，当丙烯酰胺质量为12g时，即单体与淀粉的质量比为1.71时，吸水率有峰值。在一定量的单体范围内，增加丙烯酰胺的量，每一个淀粉自由基平均引发接枝的单体数目增多，接枝效率上升；当丙烯酰胺的量达到一定值后，由于引发剂的量一定，引发的单体数目有限，导致接枝效率下降，所以产物吸水性能下降。20 0 1 1 0 5 10 15丙烯酰胺/g图三单休用量对吸水率的影响■3.4反应温度的影响在反应条件为淀粉7g；水20g；甲醇120g；交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.2g；引发剂硝酸铈铵盐溶液5g；丙烯酰胺12g的情况下，研究反应温度对吸水性能的影响。从图四中可以看出，在实验条件下，随着反应温度的升高，吸水性能持续增加，当温度达到35度时达到最大值；当温度继续增加时，吸水性能下降。这是因为，随着温度的升高，自由基引发速率和链增长反应速率加快，接枝率和接枝效率加快，但当温度升至一定程度后，均聚反应、链转移反应和链终止反应加快，使接枝效率下降，产物降低，所以吸水性能下降。图四反应温度对吸水率的影响■4•结论淀粉接枝丙烯酰胺制备吸水性树脂。，以硝酸铈铵作为引发剂，N,N，-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂。较好的反应条件是引发剂与淀粉的质量比为0.714；交联剂与淀粉的质量比为0.0029；单体丙烯酰胺与淀粉的质量比为1.71；反应温度为35摄氏度；反应时间为3h；实验总共耗时大概为5h。在该条件下制备的吸水性树脂拥有高达100多倍的吸水性。5.参考文献王解新，陈建定•高吸水性树脂研究进展J].功能高分子学报,1999,12(2):211-217.王艳菊，温其标•吸水性淀粉接枝共聚树脂J].现代化工,2001,21(1):62.邹新禧.超强吸水剂[M].北京:化学工业出版社,2002:2-12.三洋化成(株).日本公开特许公报平05125246,1993.平05117335,1993.⑸东京计画(株).日本公开特许公报平0517537,1993.日本公开特许公报平O5IO5729,1993.于九皋，刘峰，高建平，等•高锰酸钾引发淀粉/丙烯腈接枝共聚反应动力学[J].化学工业与工程,1999,15(2):81.赵建青，黄涛，沈家瑞•淀粉接枝共聚动力学[J].塑料工业,1991,(5):16.郑小霞，罗雁彬.丙烯酸丁酯与玉米淀粉的微波辐射接枝共聚合[J].石油化工，2000,29(1):19.

化学化工学院课程设计评分表（I）专业班级 姓名 学号 评价单元评价要素评价内涵满分评分知识水平30%文献查阅与知识运用能力能独立杳阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识20课程设计方案设计能力课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可仃10说明书质量50%文题相符与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符5写作水平整体思路清晰，结构