机械活化淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸反相乳液接枝共聚过程研究

摘要

淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸两种单体接枝共聚反应制备高吸水性树脂，在农林、医疗卫生、石油化工、日用化工等领域具有广泛的应用。反相乳液聚合法具有聚合率快、产品固含量高、分子量大且分布窄及反应条件温和等优点，为淀粉与水溶性单体提供了一个理想的聚合方法。采用自制的搅拌磨对淀粉进行机械活化，以机械活化淀粉为主要原料，采用反相乳液法，合成了机械活化淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸三元接枝共聚物。系统研究了引发剂浓度、丙烯酸的中和度、单体质量配比、单体淀粉质量比等因素对机械活化淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸接枝共聚反应和树脂吸液性能的影响。通过正交试验得出最佳反应条件为：引发剂浓度7.30mmol.L-l，丙烯酸中和度为85％，反应温度为55℃，AM/AA质量比为0.67，油水体积比为1.2:1时，单体转化率97.5％，接枝率62.84％，和接枝效率76.98％，对比原淀粉在类似的条件下，其接枝参数均有所提高；当交联剂浓度为1.73mmol-L-1、淀粉单体质量比0.13、AM/AA质量比为0.6时，最大吸去离子水倍率为757g/g，最大吸0.9％NaCl倍率为83g/g，AM的加入可使吸水树脂的耐盐性能提高。采用FTIR、XRD、SEM、TG等分析手段对接枝共聚产物进行了结构表征。红外光谱图表明AM/AA己成功接枝于机械活化淀粉。SEM照片中发现机械活化破坏了淀粉的表面结构，使接枝共聚不仅发生在淀粉的表面，单体更容易渗透到颗粒内部使淀粉发生接枝共聚，说明了机械活化能使淀粉的化学反应活性提高。XRD曲线显示，机械活化和接枝共聚反应均可改变淀粉的聚集状态。机械活化淀粉接枝共聚物的热稳定性比原淀粉接枝共聚物稍有增强。研究了机械活化淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸接枝共聚反应动力学，得出了反应初期的聚合反应速率与反应物浓度之间的关系为：
　　 Rp=K[1]0.9[St]1.5[M]1.7[E]0.92，对机械活化淀粉与丙烯酰胺/丙烯酸反相乳液接枝共聚反应的机理进行了探讨。