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高吸水性树脂是一种新型的功能化高分子材料,具有吸水倍率高、保水性能好等优点。在农林业方面,高吸水性树脂主要应用于保水剂,其在保水改土、抗旱节水等方面起到了重要作用。目前,保水剂主要以聚丙烯酸盐为主,存在难以降解的难题,因此开发可生物降解、符合当前绿色环保要求的保水剂,成为国内外这一领域的重要研究课题。为此,本论文开展了马铃薯淀粉改性合成可降解吸水树脂的研究,对于降解性的保水剂研究以及开发有着重要的理论和实际指导意义。
本文以特定条件下糊化的马铃薯淀粉为原料,丙烯酸为单体,采用水溶液聚合法制备马铃薯淀粉接枝丙烯酸高吸水性树脂,并对产物进行结构表征、吸水性能测试等。所得结论如下:
(1)淀粉糊化对于马铃薯改性高吸水树脂的合成起着至关重要的作用。通过不同实验条件下(包括糊化温度、糊化时间、投料比)对糊化液的透明度、粘度、糊化液稳定性等进行考察,探索马铃薯淀粉最佳糊化条件。实验结果表明,淀粉与水的质量比及糊化温度一定时,糊化液粘度随着时间的延长先升高后降低;淀粉糊化液冷却时,粘度均随温度的下降而升高;淀粉糊化液冷却后升温,粘度均随温度的升高而下降。经过大量的糊化实验,最终得到了两组马铃薯淀粉糊化的最佳条件:马铃薯淀粉与水的质量比分别为1∶16和1∶18,糊化温度均为67℃,糊化时间均为40min,糊化液粘度分别为4500mpa.s和4300mpa.s。
(2)利用红外光谱(IR)和X-射线衍射(XRD)等手段对所合成的马铃薯淀粉改性吸水树脂进行表征,并对最佳糊化条件下马铃薯淀粉改性合成吸水树脂的合成条件及其吸水性能进行了系统研究。通过IR以及XRD谱图分析证实,马铃薯淀粉参与了接枝共聚反应。通过单因素实验发现,马铃薯淀粉与丙烯酸的质量比、引发剂和交联剂占单体的百分含量比、丙烯酸中和度、聚合温度和聚合时间等因素对合成产物的吸水性能都有一定影响。通过正交实验结果可知,马铃薯淀粉与丙烯酸的质量比对合成产物吸水倍率的影响最大。综合单因素实验、正交实验和优化实验方案验证,确定马铃薯淀粉改性合成吸水树脂的最佳条件为:马铃薯淀粉与丙烯酸的质量比为1∶4,引发剂占单体的百分含量比为0.45%,交联剂占单体的百分含量比为0.050%,丙烯酸中和度为0.75,聚合温度为55℃,吸水倍率达490(g/g)。
(3)不同金属离子盐溶液和肥料都对保水剂(吸水树脂)的吸水倍率有一定影响。