本發明涉及吸水性樹脂制備工藝領域，具體涉及一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方及制備工藝。

背景技術：

高吸水性樹脂是一種新型的功能高分子材料，具有高吸水性、高保水性等特點，廣泛用于農林園藝、生理衛生用品、建筑、醫藥和化妝品等行業。經過眾多研究者的努力，由高吸水性樹脂與其他材料復合而成的密封膠，已用于建筑嵌縫、鋼板樁和管接頭等嵌縫密封，以替代密封和粘接材料。淀粉接枝型丙烯酸酯類高吸水性樹脂的主鏈骨架是淀粉，其主鏈或接枝側鏈上含有親水性基團-OH-COOH和-CONH₂等，經輕度交聯形成一個具有主鏈、支鏈和低交聯度的三維網絡結構；由于淀粉來源豐富、價格低廉、安全衛生且具有良好的生物降解性能，被認為是一種環境友好型材料，可廣泛用于農林園藝、生理衛生用品、建筑、醫藥和化妝品等領域；但此類樹脂存在吸水速率慢、耐鹽性差等缺點，從而其應用范圍受到限制。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明提供了一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方及制備工藝，大大縮短了工藝流程，且生成的吸水樹脂吸水性、加壓保水性均優于由常規方法合成的產品；同時既保留了淀粉本身如便宜、來源廣泛、環境友好、生物可降解的特性，又具有合成高分子的特性，從而使淀粉制品具有更好的使用性能，可以有效解決背景技術中的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方，按照重量份數由如下原料組成：

丙烯酸25-30份、淀粉50-60份、氫氧化鉀溶液15-20份、無水乙醇30-40份、過硫酸鉀10-15份、交聯劑5-10份。

根據上述技術方案，所述丙烯酸是化學純，氫氧化鉀、過硫酸鉀是分析純。

根據上述技術方案，所述氫氧化鉀溶液濃度為25-30%。

根據上述技術方案，所述交聯劑選擇N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺。

根據上述技術方案，所述淀粉選用可溶性淀粉。

另外本發明還設計了一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的制備工藝，包括如下步驟：

（1）在可溶性淀粉中加入適量蒸餾水，攪拌成懸浮液，攪拌糊化冷卻后，加入適量過硫酸鉀，恒溫攪拌均勻；

（2）將丙烯酸用氫氧化鉀溶液中和，控制中和度為75%-85%，待中和液降至室溫時加入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺，攪拌均勻；

（3）將步驟（2）中的中和液倒入糊化淀粉中，攪拌并通入氮氣至反應完全后冷卻到室溫反應，得到接枝共聚物；

（4）將得到的接枝共聚物進行過濾，利用無水乙醇洗滌2-3次；

（5）將洗滌后的接枝共聚物進行干燥粉碎和過篩后，得到淺黃色晶狀高吸水性樹脂。

根據上述技術方案，所述步驟（1）中，糊化溫度控制在80℃，冷卻溫度控制在45℃，糊化時間1h。

根據上述技術方案，所述步驟（3）中，控制聚合物生產溫度在45℃，通入氮氣攪拌時間位2h。

根據上述技術方案，所述（5）中控制干燥溫度為恒溫80℃，干燥后聚合物粉末過80目篩。

本發明的有益效果：

本發明以可溶性淀粉為主要原料，丙烯酸為改性單體，過硫酸鉀為引發劑和入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺為交聯劑，采用接枝共聚法制備淀粉接枝丙烯酸型高吸水性樹脂，可省去皂化等步驟，大大縮短了工藝流程，且生成的吸水樹脂吸水性、加壓保水性均優于由常規方法合成的產品；同時既保留了淀粉本身如便宜、來源廣泛、環境友好、生物可降解的特性，又具有合成高分子的特性，從而使淀粉制品具有更好的使用性能。

附圖說明

圖1為本發明糊化溫度與樹脂吸水性能的關系曲線圖。

圖2為本發明糊化時間與樹脂吸水性能的關系曲線圖。

圖3為本發明接枝反應溫度與樹脂吸水性能的關系曲線圖。

圖4為本發明接枝反應時間與樹脂吸水性能的關系曲線圖。

圖5為本發明制備工藝流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例1：

一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方，按照重量份數由如下原料組成：

丙烯酸25份、淀粉50份、氫氧化鉀溶液15份、無水乙醇30、過硫酸鉀10份、交聯劑5份。

所述丙烯酸是化學純，氫氧化鉀、過硫酸鉀是分析純；所述氫氧化鉀溶液濃度為25%；所述交聯劑選擇N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺；所述淀粉選用可溶性淀粉。

其制備工藝，包括如下步驟：

（1）在可溶性淀粉中加入適量蒸餾水，攪拌成懸浮液，攪拌糊化冷卻后，加入適量過硫酸鉀，恒溫攪拌均勻，糊化溫度控制在80℃，冷卻溫度控制在45℃，糊化時間1h；

（2）將丙烯酸用氫氧化鉀溶液中和，控制中和度為75%，待中和液降至室溫時加入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺，攪拌均勻；

（3）將步驟（2）中的中和液倒入糊化淀粉中，攪拌并通入氮氣至反應完全后冷卻到室溫反應，得到接枝共聚物，控制聚合物生產溫度在45℃，通入氮氣攪拌時間位2h；

（4）將得到的接枝共聚物進行過濾，利用無水乙醇洗滌3次；

（5）將洗滌后的接枝共聚物進行干燥粉碎和過篩后，得到淺黃色晶狀高吸水性樹脂，干燥溫度為恒溫80℃，干燥后聚合物粉末過80目篩。

實施例2：

一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方，按照重量份數由如下原料組成：

丙烯酸27份、淀粉55份、氫氧化鉀溶液17份、無水乙醇35份、過硫酸鉀13份、交聯劑8份。

所述丙烯酸是化學純，氫氧化鉀、過硫酸鉀是分析純；所述氫氧化鉀溶液濃度為27%；所述交聯劑選擇N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺；所述淀粉選用可溶性淀粉。

其制備工藝，包括如下步驟：

（1）在可溶性淀粉中加入適量蒸餾水，攪拌成懸浮液，攪拌糊化冷卻后，加入適量過硫酸鉀，恒溫攪拌均勻，糊化溫度控制在85℃，冷卻溫度控制在50℃，糊化時間0.8；

（2）將丙烯酸用氫氧化鉀溶液中和，控制中和度為80%，待中和液降至室溫時加入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺，攪拌均勻；

（3）將步驟（2）中的中和液倒入糊化淀粉中，攪拌并通入氮氣至反應完全后冷卻到室溫反應，得到接枝共聚物，控制聚合物生產溫度在50℃，通入氮氣攪拌時間位1.5h；

（4）將得到的接枝共聚物進行過濾，利用無水乙醇洗滌2次；

（5）將洗滌后的接枝共聚物進行干燥粉碎和過篩后，得到淺黃色晶狀高吸水性樹脂，干燥溫度為恒溫85℃，干燥后聚合物粉末過80目篩。

實施例3：

一種淀粉接枝丙烯酸高吸水性樹脂的配方，按照重量份數由如下原料組成：

丙烯酸30份、淀粉60份、氫氧化鉀溶液20份、無水乙醇40份、過硫酸鉀15份、交聯劑10份。

所述丙烯酸是化學純，氫氧化鉀、過硫酸鉀是分析純；所述氫氧化鉀溶液濃度為30%；所述交聯劑選擇N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺；所述淀粉選用可溶性淀粉。

其制備工藝，包括如下步驟：

（1）在可溶性淀粉中加入適量蒸餾水，攪拌成懸浮液，攪拌糊化冷卻后，加入適量過硫酸鉀，恒溫攪拌均勻，糊化溫度控制在75℃，冷卻溫度控制在40℃，糊化時間1.5h；

（2）將丙烯酸用氫氧化鉀溶液中和，控制中和度為85%，待中和液降至室溫時加入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺，攪拌均勻；

（3）將步驟（2）中的中和液倒入糊化淀粉中，攪拌并通入氮氣至反應完全后冷卻到室溫反應，得到接枝共聚物，控制聚合物生產溫度在40℃，通入氮氣攪拌時間位2.5h；

（4）將得到的接枝共聚物進行過濾，利用無水乙醇洗滌3次；

（5）將洗滌后的接枝共聚物進行干燥粉碎和過篩后，得到淺黃色晶狀高吸水性樹脂，干燥溫度為恒溫75℃，干燥后聚合物粉末過80目篩。

通過以下測試方法研究了糊化溫度、糊化時間、接枝反應溫度和反應時間等對樹脂吸水性能的影響。

（1）糊化溫度對樹脂吸水性能的影響（如圖1所示）

稱取0.1g不同糊化溫度制成的粉末狀高吸水性樹脂，放入平面皿中，加入200mL蒸餾水靜置3h，用100目尼龍濾靜裝置瀝水1.5h后，將吸水凝膠置于濾紙上5min，取表面水分，稱重按下式計算吸水倍率：m=（m1-m0）/m0。

由圖1可知，樹脂的吸水率隨著淀粉糊化溫度的升高呈先升后降的趨勢。當糊化溫度為85℃時樹脂的吸水能力最佳，這是由于淀粉在糊化過程中，當溫度低于85℃時，隨著溫度的升高，原先扭曲的葡萄糖分子鏈易于伸，淀粉也易于吸水溶脹，淀粉吸水溶脹后結構受到破壞，與單體接觸面積增加，從而有利于接枝反應的進行；當溫度為85℃時，淀粉充分糊化接枝反應達到最佳點；但是，當溫度過高，可能會引起迅速老化等現象，導致接枝反應不佳，從而影響樹脂的吸水能力。

（2）糊化時間對樹脂吸水性能的影響（如圖2所示）

稱取0.1g不同糊化時間下制成的粉末狀高吸水性樹脂，放入平面皿中，加入200mL蒸餾水靜置3h，用100目尼龍濾靜裝置瀝水1.5h后，將吸水凝膠置于濾紙上5min，取表面水分，稱重按下式計算吸水倍率：m=（m1-m0）/m0。

由圖2可以看出，樹脂的吸水率隨著淀粉糊化時間的增加呈先升后降的趨，當糊化時間為1h時，樹脂的吸水能力最佳，這是由于當糊化時間低于1h時，糊化時間越長，淀粉糊化程度越大，淀粉的活性也越高，越有利于接枝聚合反應的進行，生成的共聚物也越多，表現為樹脂的吸水能力增大；當糊化時間高于1h時，容易引起副反應的發生，從而破壞了淀粉的結構，加速了淀粉的老化，吸水率也會因此降低。

（3）接枝反應溫度對樹脂吸水性能的影響（如圖3所示）

稱取0.1g不同接枝反應溫度下制成的粉末狀高吸水性樹脂，放入平面皿中，加入200mL蒸餾水靜置3h，用100目尼龍濾靜裝置瀝水1.5h后，將吸水凝膠置于濾紙上5min，取表面水分，稱重按下式計算吸水倍率：m=（m1-m0）/m0。

由圖3可以看出，樹脂的吸水率隨著聚合溫度的升高呈先升后降的趨勢，當接枝反應溫度為60℃時，樹脂的吸水率最，這是由于當反應溫度較低時，引發劑分解速率較慢，引發誘導時間較長，故反應速率較慢吸水率較低；隨著溫度的不斷上升，引發劑的分解速率提高，鏈引發反應和接枝反應加快，有利于單體的聚合反應，接枝度明顯提高；但是，當接枝溫度過高時，鏈轉移反應速率和鏈終止反應速率增加，造成局部產物自交聯致使接枝率下降，樹脂的吸水率降低。

（4）接枝反應時間對樹脂吸水性能的影響（如圖4所示）

稱取0.1g不同接枝反應時間下制成的粉末狀高吸水性樹脂，放入平面皿中，加入200mL蒸餾水靜置3h，用100目尼龍濾靜裝置瀝水1.5h后，將吸水凝膠置于濾紙上5min，取表面水分，稱重按下式計算吸水倍率：m=（m1-m0）/m0。

由圖4可以看出，樹脂的吸水率隨著反應時間的延長呈先升后降的趨勢，當反應時間為4h時，樹脂的吸水率達到最大值。這是由于當反應時間低于4h時，淀粉與丙烯酸的接枝共聚反應相對比較緩慢；隨著反應時間的延長，接枝共聚物增加，吸水率增加；當反應時間超過4h時，隨著反應時間的進一步延長，反應過程中產生的后續交聯使樹脂的空間網絡交聯過度，從而影響了樹脂的吸水率。

基于上述，本發明的優點在于，本發明以可溶性淀粉為主要原料，丙烯酸為改性單體，過硫酸鉀為引發劑和入N-N^，亞甲基-雙丙烯酰胺為交聯劑，采用接枝共聚法制備淀粉接枝丙烯酸型高吸水性樹脂，可省去皂化等步驟，大大縮短了工藝流程，且生成的吸水樹脂吸水性、加壓保水性均優于由常規方法合成的產品；同時既保留了淀粉本身如便宜、來源廣泛、環境友好、生物可降解的特性，又具有合成高分子的特性，從而使淀粉制品具有更好的使用性能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。