羧甲基淀粉高吸水树脂吸水保水性能研究*

付　渊，乌仁其木格

(内蒙古化工职业学院，内蒙古　呼和浩特　010070)



羧甲基淀粉高吸水树脂吸水保水性能研究*

付渊，乌仁其木格

(内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特010070)

羧甲基马铃薯淀粉为原料合成高吸水树脂，用扫描电镜对其表面结构进行了分析，并对其吸水性能及保水性能进行了研究。结果表明：以羧甲基淀粉为原料的高吸水树脂在溶液pH为4～10之间有较高的吸水率；在一定粒径范围内，颗粒越大，高吸水树脂吸水能力越大；该高吸水树脂高速离心的条件下具有良好的保水性能。从扫描电镜分析，该高吸水树脂表面出现了孔洞和褶皱，呈块状堆积，有利于高吸水树脂的吸水。

羧甲基淀粉；高吸水树脂；吸水率；保水率

高吸水性树脂，是具有较高吸水性能和保水性能的高分子聚合物的总称。高吸水树脂含有强亲水性基团，经适度交联而具有三维网状结构，可通过水合作用迅速地吸收自身质量几十倍乃至上千倍的水而呈凝胶状[1]。它不溶于水，也不溶于有机溶剂，且吸水速度快，保水性能好，即使加压也难把水分离出来，对光、热、酸及碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能[2]，这决定了它具有广阔的应用前景。本文以羧甲基马铃薯淀粉为原料合成高吸水树脂，工艺简单、成本低，市场应用前景广阔。

1　实　验

1.1原料及仪器

N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，丙烯酸，过硫酸钾，氢氧化钠，盐酸，以上试剂均为分析纯；羧甲基马铃薯淀粉，自制。

S3400N扫描电子显微镜，日立公司。

1.2羧甲基马铃薯淀粉基高吸水树脂的制备

将羧甲基马铃薯淀粉和去离子水在搅拌下充分混合，加入用氢氧化钠提前中和好的丙烯酸、引发剂过硫酸钾和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气保护下缓慢升温，直至100 ℃，并在该温度下保温1 h，冷却至室温后，将产品烘干，粉碎，即得羧甲基马铃薯淀粉基高吸水树脂(简写为SAP)。

1.3吸液能力的表示法

吸液能力的定量表示是吸收量，用吸收溶液倍率(吸液倍率)来量度[3]。吸液倍率是指单位质量高吸水性树脂所吸收液体的量。单位为 g/g 或倍数。数学表达式为：

Q=m2-m1/m1

(1)

式中:Q——吸液倍率

m1——吸液前树脂的质量，g

m2——吸液后树脂的质量，g

1.4高吸水树脂的保水性能

高吸水树脂的保水性能是指水合类高分子与水直接相互作用的问题，所谓保水能力是吸水后的膨胀体能保持其所吸水份不离析状态的能力，按下列公式计算保水率[4]。

(2)

式中：Ri——保水率,%(i=1，2，3，……)

Wi——吸水后第i次称重时高吸水树脂的质量，g

W0——吸水前高吸水树脂的质量，g

2　结果与讨论

2.1SAP扫描电镜分析

用电子显微镜对羧甲基马铃薯原淀粉和最佳高吸水树脂进行样品表面形态分析，放大倍数为105倍。

图1　羧甲基淀粉的扫描电镜(a)和高吸水树脂的扫描电镜(b)Fig.1　Scanning electron micrographs for carboxymethyl starch(a) and resin(b)

从图1(a)中可看出，羧甲基淀粉颗粒大小不一、形状不规则。从图1(b)中可看出，SAP中颗粒形态已不存在，表面出现了孔洞和褶皱，并呈块状堆积。这种空间结构，使SAP有较大的比表面积和孔容，从而对水分具有很强的吸收性。

2.2粒径对SAP吸水率的影响

称取不同粒径的SAP树脂若干份，研究粒径对SAP吸附去离子水的影响。

图2　SAP粒径对吸水率的影响Fig.2　The influence of diameter on water sorption

由图2可知，随着产品粒径的增大，吸水率先减小，产品粒径在140目以下时，粒径太小，吸水时树脂易集结成团，吸水后凝胶状态不好，易导致测量结果不准确，使吸水率虚高。在70～40目以后，粒径增大，吸水倍数升高。粒径越大，SAP与水接触的表面积越大，吸水率越高。

2.3不同pH 值环境对SAP吸水率的影响

由图3可见，溶液pH=4～10时，SAP的吸水率基本没变化，在1520～1700 g/g之间，这是因为SAP中-COOH与酸碱的缓冲作用；另外由于酸碱的存在，SAP的吸水率小于吸纯水率。当 pH<4时， SAP中大部分-COONa变为-COOH，随着电荷密度降低，离子间斥力减小，SAP网络的伸展性下降，吸水率降低；当pH>10时，外界溶液中离子浓度增加，降低了SAP的渗透压，吸水率降低。

图3　溶液的 pH 值对SAP吸水率的影响Fig.3　Water-absorbing rate in solutions with different pH

2.4高速离心条件下的保水率

图4为SAP在20 min内，不同转速离心条件下得到的保水率。由图4可以看出，离心机的转速不同，对SAP保水率影响很小，高速离心的条件下，SAP保水性能良好。在合成SAP接枝共聚时，加入了交联剂，交联剂在树脂内部形成空间网格状结构，其加压保水能力较强。同时SAP聚合物链上存在-OH、-COO-等亲水性基团，可以通过氢键、范德华力与水分子结合，把水分子束缚在网络之内，固在高速离心情况下也不容易被挤出来，从而显示出良好的保水性能[5]。

图4　离心速度对保水率的影响Fig.4　Effect of centrifugal speed on water retention rate

3　结　论

(1)SAP中颗粒形态已不存在，呈块状堆积，表面出现了孔洞和褶皱，该形态有利于高吸水树脂的吸水。

(2)在一定粒径范围内，SAP颗粒越大，吸水能力越大。

(3)溶液pH=4～10时，SAP有较高的吸水率，其可在较广范围使用。

(4)SAP在高速离心的条件下具有良好的保水性能。

[1]顾千辉,黄赣辉,顾振宇.芭蕉芋淀粉接枝丙烯酸制备高吸水性树脂的研究[J]. 食品科技,2011(8):231-233.

[2]温怀宇,顾正彪.淀粉接枝丙烯酸高吸水树脂的研究[J].粮食与饲料工业,2005(6): 25-27.

[3]温国华.以羧甲基马铃薯淀粉为原料制备高吸水树脂的方法[P].中国. 200910170378.5,2009-09-14.

[4]姜绍通,伍亚华,赵妍嫣.淀粉基高吸水树脂的制备新方法[J].合肥工业大学学报，2006,29(3):260-263.

[5]柳明珠,詹发禄,江洪申.超强吸水剂结构与性能研究[J].兰州大学学报(自然科学版),2003，39(3):46-49.

Study on Performance of Carboxymethyl Potato Starch Super Absorbent Resin’s Water Absorption and Water Retention*

FUYuan,WURENQIMUGE

(Inner Mongolia Chemical Engineering Professional College, Inner Mongolia Hohhot 010070, China)

The synthesis of high water absorbent resin used carboxymethyl potato starch as raw material, the water absorption and water retention properties were studied, and the analysis on the surface structure were observed by scanning electron microscopy. The results showed that, carboxymethyl potato starch super absorbent resin in solution pH of water between 4 and 10 had higher water absorption rate; in a certain range of particle sizes, the larger particles, water absorbency greater. The super absorbent resin had good water retention properties in high speed centrifugal conditions. From the scanning electron microscopy analysis, the surface of the absorbent resin appeared holes, folds and massive accumulation, it was conducive to the absorption of water.

carboxymethyl potato starch; super absorbent resin; water absorption rate; water retention rate

内蒙古化工职业学院科研项目(项目编号:HY2R1501)。

付渊(1982-)，女，硕士，主要从事高分子研究及教学工作。

TQ424.3, TQ085.4

A

1001-9677(2016)08-0081-03