Page 69 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 张 名，等: 聚（AM-co-C 16 DMAAC）/可溶性淀粉高吸水树脂的制备及溶胀动力学 ·487·

76.77 g/g in saline solution, respectively, which was 61.53% and 28.35% higher than that resin without
C 16DMAAC. Sodium hydroxide hydrolysis at high temperature and the introduction of C 16DMAAC
monomer can significantly improve the water absorbency of AM based soluble starch resin. The swelling
process of the resin was fitted to Fickian diffusion model, and the driving force was the difference of water
+
osmotic pressure inside and outside of the resin and the difference of Na concentration.
Key words: soluble starch; acrylamide; hydrolysis; super absorbent resin; functional materials

高吸水性树脂是一类具有低交联度的水溶胀型 和游离酰胺基团，降低了单体利用率。而由 AM 制
聚合物，在保水抗旱、缓释植物氮磷等养分方面具 得的聚丙烯酰胺（PAM）分子量能达几百万至几千
有优异的效果，借助其具有的大量亲水基团（如— 万，所以由丙烯酰胺接枝共聚淀粉，通过 NaOH 水
–
COO 、—OH 等）和网状结构，可固定比自身重成 解将亲水 性差的 —CONH 2 转变为强亲水 的
[1]
百上千倍的水分子 。目前，高吸水性树脂性能的 —COONa，可以制得具有更高分子量和吸水倍率的
优化包括两个方面。一方面，通过引入含有大量羟 树脂产品。张腾等 [23] 以玉米淀粉和 AM 为原料，采
基的天然碳水化合物，如淀粉、羧甲基纤维素、壳 用自由基水溶液聚合法和 NaOH 水解制得树脂产
聚糖、腐植酸和黄原胶等 [2-7] 来提高树脂的吸水倍 品，最高吸水倍率为 263 g/g。LI 等 [24] 以淀粉、AM
率；另一方面，引入一些特殊化合物，如 2-丙烯酰 和凹凸棒黏土为原料，采用接枝共聚反应和 NaOH
胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵 水解制得树脂产品，在去离子水和生理盐水中的吸
（DMDAAC）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 水倍率分别为 1317 和 68 g/g。但是文献中均未详细
（ DMC ）、 2- 丙 烯酰胺 基十四烷 基磺酸钠 阐述 AM 基淀粉吸水树脂制备过程中的 NaOH 水解
（NaAMC 14 S） [8-12] 来提高树脂的抗盐性和耐压性， 机理，为了填补这一理论空白，本文以可溶性淀粉
以扩展高吸水性树脂的用途，如作为地层暂堵剂、 和 AM 为主要原料，探究了 NaOH 水解对提高 AM
盐碱地保水剂等 [13-17] 。因此，探索更多的树脂功能改 基树脂吸水性能的促进作用及主要反应机理。
性单体来提高树脂的吸水性能成为目前研究的热点。 结合前人研究结果，为了提高传统 AM 基可溶
淀粉是一类自然界大量存在的多羟基化合物， 性淀粉树脂的吸水性能，本文引入一种疏水单体十
因其良好的生物可降解性和环境友好性被广泛用于 六烷基二甲基烯丙基氯化铵（C 16 DMAAC），采用水
合成吸水树脂。舒静等 [18] 通过微波辐射加热法制备 溶液接枝共聚法和 NaOH 高温密闭水解，单因素优化
了蒙脱土改性淀粉吸水树脂，证实将蒙脱土引入丙 制得 AM-co-C 16DMAAC 高吸水性树脂，重点探究了
烯酸（中和度为 70%）和淀粉聚合体系中，树脂的 NaOH 水解和 C 16 DMAAC 对提高树脂吸水性能的贡
吸水倍率较蒙脱土改性前提高 22%，最大吸水倍率 献大小，并研究了树脂的吸水膨胀机理。
为 1350 g/g；陈利维等 [19] 预先碱溶淀粉，然后接枝
1 实验部分
共聚丙烯酸（中和度为 50%），得到吸水倍率为
464 g/g 的树脂产品。淀粉改性高吸水性树脂的制备 1.1 主要试剂与仪器
多以丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）为原料接枝 可溶性淀粉、丙烯酰胺（AM）、过硫酸铵（APS）、
共聚淀粉，申艳敏等 [20] 采用反相悬浮法制得 AM-AA N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、氢氧化钠，AR，
二元接枝共聚红薯淀粉吸水树脂，其中 AA 中和度 成都科龙化学试剂厂；十六烷基二甲基烯丙基氯化
仅为 50%；昝丽娜 [21] 采用紫外光引发法制得淀粉- 铵（C 16 DMAAC），AR，四川光亚聚合物化工有限
AA-AM 吸水树脂，最佳合成条件为 AA 中和度 85% 公司。
和 n(AA)∶n(AM)=10∶1，在去离子水中的吸水倍 WQF 520 傅里叶变换红外光谱仪，北京瑞利分
率为 985.1 g/g，但树脂中含有 15%未中和的 AA 和 析仪器有限公司；Quanta 450 扫描电子显微镜，美
9%AM；郭丹峰 [22] 以淀粉、AA 和 AM 为原料，采 国 FEI 公司；HAAKE MARS Ⅲ型流变仪，美国
用水溶液接枝共聚法制得吸水树脂，AM 中和度 Thermo Fisher 科技有限公司。
75%，n(AA)∶n(AM)=1∶2，树脂在去离子水和生 1.2 合成方法
理盐水中的吸水倍率分别为 908.1 和 85 g/g，但树脂 以 50 g 聚合体系为例，固体单体（包含可溶性
中含有 25%未中和的 AA 和 64.5%AM。综合文献报 淀粉、AM 和 C 16 DMAAC）含量为 20%，即固体单
道，采用 AA 和 AM 接枝共聚淀粉制备吸水树脂， 体质量为 10 g。称取 4 g 可溶性淀粉（以所有固体
通过部分中和 AA 得到亲水性较强的—COONa，制 单体的质量为基准质量分数为 40%）加入到 20 mL
备过程简单，但是聚合物中存在大量未中和的羧基 温度为 70 ℃的去离子水中，磁力搅拌 30 min（淀