超吸水凝胶是指线性或支化的亲水性聚合物经物理或化学交联后形成的具有较高吸水性能(溶胀比大于100)的三维网络体系。在农林领域,超吸水凝胶可被用作土壤调节剂和植物养分载体来促进农作物的生长。超吸水凝胶不仅通过改良土壤的团粒结构和渗透性来调节土壤的透水透气性,进而减少灌溉频率、防止水土流失和提高土壤微生物活性,而且还可以用来负载化肥、农药等功能营养因子,以增加其利用率和有效性。传统石油基超吸水凝胶高昂的生产成本以及不易降解的缺点严重地限制其在农林领域的大规模应用。将天然可再生的淀粉和新型绿色的反应型挤出技术引入到超吸水凝胶的生产中,对大幅度降低生产成本和环境保护都具有重要的现实意义。但是在反应型挤出生产淀粉基超吸水凝胶的过程中,具有非牛顿流变行为的淀粉基熔体表现为温度和剪切速率依赖性,加之不同组分间复杂的化学反应引起体系组分和结构的变化,都会导致挤出过程难以精准控制。而体系组分和结构的变化会导致其流变行为的变化(流变动力学)。因此,淀粉熔体接枝共聚合流变动力学的研究对调控和模型化反应型挤出制备淀粉基超吸水凝胶的过程发挥着举足轻重的作用。该项研究工作在密炼体系下模拟了淀粉熔体接枝共聚合的反应型挤出制备淀粉基超吸水凝胶的过程;首次结合了密炼混合技术和流变仪的原位合成在线监测技术实现对淀粉熔体接枝共聚合流变动力学的研究;同时,淀粉基水凝胶的原位合成为其微观网络的流变行为表征提供了可能;此外,该研究还探讨了不同链淀粉含量熔体的流变行为对淀粉接枝共聚合以及其制备水凝胶的结构和性能的影响。在密炼体系下构建了适合淀粉接枝共聚合的熔体体系,这为后继的研究奠定了基础。硝酸铈铵引发的接枝共聚合表现出较低的接枝共聚效率(小于40%),这主要是因为硝酸铈铵较低的引发活性导致较多均聚物的产生。过硫酸铵引发熔体反应的接枝共聚效率随着淀粉/单体比例的降低和体系水分含量的增加而显著降低。其中,较高淀粉/单体比例(大于15/15)和较低水分含量(小于70%)的体系依然表现出较高的反应单体转化率(大于89%)和接枝共聚效率(大于63%)。但是随着反应体系水分含量的逐渐降低,制备的超吸水凝胶产率和吸水能力逐渐下降,这主要归因于熔体体系较大的的剪切力输入破坏了凝胶的三维网络。在密炼机上制备淀粉基熔体混合物,然后将该熔体加载到流变仪体系上,原位合成淀粉基水凝胶,实现对淀粉接枝共聚合流变动力学的实时在线监测。Hill方程能够较好地反映淀粉熔体的接枝共聚合流变动力学。水凝胶的G’与交联剂浓度呈现线性关系。温度和引发剂效应的研究发现淀粉熔体接枝反应动力学主导了其流变动力学,这表明熔体混合物呈现出完全微混合的状态。水凝胶的G’基本上不依赖于反应温度和引发剂的用量,这可能归因于淀粉熔体较强的链转移活性。熔体中链淀粉较易通过氢键作用形成物理凝胶网络,从而导致不同链/支比淀粉基熔体表现出明显不同的反应流变动力学。淀粉基水凝胶在流变仪体系上的原位合成为其微观结构的表征提供了可能。交联剂浓度能够有效地调控淀粉基水凝胶网络的交联密度。随着交联剂浓度的增加,凝胶表面形貌由栅格膜向网格膜形态转变,从而导致淀粉基超吸水凝胶吸水能力的显著下降。引发剂用量对淀粉基超吸水凝胶的吸水能力基本上没有影响,其吸水能力保持在948-1192 g/g。较高的反应温度不仅不会削弱超吸水凝胶的吸水能力,反而有助于淀粉的接枝共聚合。WCS(链淀粉量:3%)和G80(链淀粉量:83%)基超吸水凝胶表现出较低的吸水能力,这分别归因于支淀粉较高的枝杈程度而表现较大的交联密度和链淀粉体系较小的交联度而生成较多的溶胶。以同源不同链/支比玉米淀粉为原料,探讨淀粉基熔体的流变行为对淀粉接枝共聚合以及其制备水凝胶的影响。随着熔体中链淀粉含量的增加,体系的黏弹性模量增大,凝胶形成时间不断减小,表明体系的微混合程度也不断降低。淀粉基熔体微混合程度的降低会导致接枝共聚效率的降低,然而对单体转化率基本上没有影响。同时,随着链淀粉含量的增加,凝胶中淀粉链的重排程度增大,两相分离程度越来越明显。具有典型栅格膜多孔结构的NCS(链淀粉量:24%)和G50(链淀粉量:56%)基水凝胶表现出较强的吸水能力,这主要归因于其适度的网络交联程度和稍高的接枝侧链含量。研究结果表明,在淀粉熔体接枝共聚合体系中,熔体较大的黏弹性模量导致聚合过程中链转移反应活性和自动加速效应明显增强。可以通过调控体系流变行为这一关键因素,以确保淀粉接枝共聚合具有较高的接枝效率和淀粉基水凝胶具有较优的吸水性能。