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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 2014年01月20日 实验设计思路 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.学习并掌握通过改变参数进行树脂性能优化； 5.了解树脂结构与吸水性能的关系。 实验原理 淀粉系高吸水性树脂是之淀粉与乙烯基单体在引发剂的作用下经辐射制得吸水性淀粉接枝共聚树脂。淀粉系吸水性树脂（SAR）的主链骨架是淀粉，在其主链上或接枝侧链上含有亲水性基团（-OH,-COOH,-CONH2等），经轻度交联形成一个具有主链、支链和低交联度的三维空间网络结构。淀粉系SAR除具有一般SAR的吸水容量大、吸水速度快、保水能力强等优点外还具有生物可降解性。，被认为是一种环境友好材料。 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。 反应过程如下： 图1 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。 树脂的吸水性主要与其化学结构及聚集态中极性基团的分布状态有关。交联剂的作用：防止吸水性树脂在吸水时发生溶解，使分子链之间发生交联，形成交联化合物。树脂网络是吸水能力强大的结构因素，树脂网络的亲水集团是其吸水的动力因素。淀粉接枝丙烯酸类吸水性树脂的吸水能力可以看成是通过水中的高分子电解质的离子电荷相 斥而引起的伸展和由交联结构及氢键而引起的阻止扩张的相互作用所产生的结果。 仪器与试剂 试剂：淀粉，丙烯酸，氢氧化钠，浓盐酸，够硫酸铵，N,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。 实验步骤 (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通入氮气后，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（表格序号17），然后用浓度为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0.4750g和交联剂N,N—亚甲基双丙烯酰胺0.008986g溶解。在N2保护下再加入到四颈瓶中，搅拌，在50~60度反应1~1.5小时（注意反应现象，实际情况为只反应了10几分钟便无法继续搅拌，此时便应立即趁热拿出），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，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。 ② 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，以乙醇为萃取剂在索氏提取器中抽提3h，以除去均聚丙烯酸。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100mL的3mol的盐酸溶液，回流3h，将淀粉彻底水解，水解程度用淀粉试纸检验。然后用3mol/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到淀粉上的高分子，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五份放入烧杯中，各分别加入100ml的自来水，100ml蒸馏水，20ml模拟尿，20mlNaCl溶液，20mlCaCl2溶液，搅拌均匀，静置过夜，用100目尼龙丝网过滤至无水低落，称量吸水后树脂，计算树脂的吸水倍率。 Q=(m1-m2)/m1 式中：Q—吸水倍率，g/g；m1—树脂凝胶