淀粉系高吸水性树脂化学制备方法的研究进展

淀粉系高吸水性树脂化学制备方法的研究进展摘要:本文综述了淀粉系高吸水树脂的化学制备方法。

主要分析了常见两种方法的制备原理。

对淀粉系高吸水树脂的发展前景作了展望。

关键词:淀粉系高吸水性树脂制备方法自由基
Research and Advance of Chemic Preparation of Starch Super Water Absorbent Resin
Abstract:The chemic preparation of starch super water absorbent resin are reviewed in this paper.The principle of is analyzed for two normal methods of preparation.Prospect of starch super water absorbent resin is made in this paper.
Key words:Starch super water absorbent resin;Methods of preparation;Free radical
淀粉系高吸水性树脂是一种新型的高分子材料。

该类材料的特点是能够吸收其自身重量几百倍甚至上千倍的水并且具有优良的保水性能。

淀粉系高吸水性树脂一般通过淀粉接枝共聚反应制得。

制备该类材料的原料来源广,生产成本低。

同时淀粉系高吸水性树脂可以广泛的应用于卫生医药方面和农林园艺及荒漠化治理方面[1]。

制备淀粉系高吸水树脂的方法有很多种,本文综述了常见的四种制备淀粉系
高吸水性树脂的化学方法:淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸(盐)、淀粉接枝丙烯酰胺、淀粉接枝丙烯酸酯。

1 淀粉接枝丙烯腈
淀粉接枝丙烯腈,常用的制备方法有自由基接枝共聚和催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚[2]。

自由基接枝共聚的原理是:(1)自由基产生:利用氧化剂、α,β,γ射线、偶氮化合物和过氧化物夺取带羟基(-OH)碳原子上的氢,而产生自由基,使淀粉氧化成初级自由基;(2)链增长:产生的自由基引发单体丙烯腈(或α-甲基丙烯腈),产生淀粉-丙烯腈自由基,继续与丙烯腈进行链增长聚合;(3)最后发生链终止。

催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚的原理是Ce4+与淀粉配位使得葡萄糖环2,3位置上的两碳原子的一个被氧化,碳键断裂,未被氧化的羟基碳原子上产生了初级自由基,再引发丙烯腈单体进行聚合[3]。

采用淀粉接枝丙烯腈方法制备高吸水性树脂的优点是吸水倍率很高和接枝效率高。

但采用此法依然你在一些缺点,如:工艺复杂,残余氰基有毒;采用催化剂使淀粉进行离子型接枝共聚时则会出现吸水后易流动和部分溶解等问题[4]。

2 淀粉接枝丙烯酸(盐)
淀粉接枝丙烯酸(盐)的机理与催化剂法淀粉进行离子型接枝共聚丙烯腈的机理相同,采用过硫酸盐、三价锰离子和四价铈离子等为引发剂[5,6]。

该法制备的高吸水性树脂所采用的原料一般是淀粉的多
糖。

如王小建等[8]利用的主要原料是玉米淀粉、改性单体为丙烯酸、引发剂是过硫酸铵,采用接枝共聚法制备淀粉接枝型高吸水性树脂。

淀粉接枝丙烯酸(盐)法制备的高吸水性树脂具有的优点是:具有高吸水性和生物降解性。

但是依然存在一些缺点,如:使用设备必须耐酸从而导致设备成本较高,同时在反应的过程中碱中和的时间较长,导致反应过程的pH值不易控制[8]。

3 淀粉接枝丙烯酰胺
淀粉接枝丙烯酰胺的基本原理与接枝丙烯腈、丙烯酸(盐)相似。

但是存在不同之处如:相比较于丙烯酰胺采用丙烯酰胺不需要碱中和,另相比较于丙烯腈接枝采,用丙烯酰胺不需要皂化,其本身就是高吸水性树脂。

所以淀粉接枝丙烯酰胺可以直接得到高吸水性的水凝胶,而且这种水凝胶是非离子型的,电解质的pH值对它的吸水性能影响较小。

它还可以进一步水解制备阴离子型高吸水性树脂。

周跃明等[9]以淀粉和丙烯酰胺为原料,通过红外光谱分析,表明聚合物是淀粉接枝丙烯酰胺共聚物。

该种方法合成淀粉系高吸水性树脂所采用的引发剂主要有铈盐、锰盐,过硫酸盐和氧化还原体系。

该法制备淀粉系高吸水性树脂的优点是吸水速度快、耐盐性、耐酸碱性好。

但是该法存在的缺点是吸水倍率不高。

4 淀粉接枝丙烯酸酯
该法制造的高吸水性树脂的种类繁杂。

包括单体丙烯酸酯类、淀粉/丙烯酸酯类接枝共聚物高吸水性树脂。

李新法等[10]利用丙烯酸丁酯为接枝单体,引发剂为硝酸铈铵,在水相介质中制备了玉米淀粉接枝丙烯酸丁酯。

总体而言该法制备高吸水性树脂的进程缓慢。

5 结语
近几十年来广大的科学工作者对淀粉系吸水树脂的制备做了大量的研究工作,并且在实验室中取得了一定的效果。

在具体生产过程中则出现制备工艺复杂、产生有毒的物质和部分催化剂成本过高等问题。

总体上由于原料来源广、产品环保和使用面积广等优点,使得淀粉系吸水树脂具有广泛的研究前景。

参考文献
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